DE3440390A1 - OPTICAL FUNCTIONAL ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF - Google Patents

OPTICAL FUNCTIONAL ELEMENT AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

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Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Funktionselement, das einen Dünnfilm-Lichtwellenleiter ausnutzt und ferner ein Verfahren zur Herstellung des optischen Funktionselements.The invention relates to an optical functional element that utilizes a thin-film optical waveguide and also a method for manufacturing the optical functional element.

Bisher sind Forschungsaktivitäten durchgeführt worden, um ein optisches Dünnfilm-Element unter Anwendung eines Lichtwellenleiters für verschiedene Vorrichtungen, etwa als Lichtablenkvorrichtung, Lichtmodulator, Spektralanalysator, Korrelator, optische Schaltung usw. einzusetzen. Ein solches optisches Dünnfilm-Element hat die Funktion, den Brechungsindex des Lichtwellenleiters durch äußere Einwirkung, etwa durch den akustisch-optischen Effekt, elektro-optischen Effekt usw. zu verändern, wodurch das sich in und durch den Lichtwellenleiter ausbreitende Licht moduliert oder abgelenkt wird. Für die Bildung des vorstehenden optischen Elementes geeignete Substrate sind LithiumniobatkristallSo far, research activities have been carried out to find a thin film optical element using an optical fiber for various devices, e.g. as a light deflection device, light modulator, spectrum analyzer, Use correlator, optical circuit, etc. Such a thin film optical element has a function of refractive index of the fiber optic cable due to external influences, for example through the acoustic-optical effect, electro-optical Effect, etc. to change, thereby modulating or modulating the light propagating in and through the optical waveguide is distracted. Suitable substrates for the formation of the above optical element are lithium niobate crystals

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Bayer VereiiisOank (München) Klo. 508 941Bayer VereiiisOank (Munich) loo. 508 941

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(LiNbO.,) und Lithiumtantalatkristall (LiTaO3) breit verwendet worden, welche im Hinblick auf die piezoelektrischen Eigenschaften, den akustisch-optischen Effekt und dem elektro-optischen Effekt ausgezeichnet sind und einen geringen Lichtausbreitungsverlust haben.(LiNbO.,) And lithium tantalate crystal (LiTaO 3 ), which are excellent in piezoelectric properties, acousto-optic effect and electro-optic effect and have a low light propagation loss, have been widely used.

Als representatives Verfahren zur Herstellung des Dünnfilm-Lichtwellenleiters unter Verwendung des vorstehend erwähn-As a representative method for manufacturing the thin film optical waveguide using the aforementioned

-J1Q ten Kristallsubstrats ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem Titan (Ti) bei hoher Temperatur an der Oberfläche des vorstehend erwähnten kristallinen Substrats thermisch diffundiert wird, wodurch an der Oberfläche dieses kristallinen Substrats eine Lichtwellenleiterschicht mit einem-J 1 Q th crystal substrate, a method has been known in which titanium (Ti) is thermally diffused at a high temperature on the surface of the above-mentioned crystalline substrate, whereby on the surface of this crystalline substrate, an optical waveguide layer with a

1c Brechungsindex ausgebildet wird, welcher leicht größer als derjenige des Substrats ist. Der Dünnfilm-Lichtwellenleiter, der durch dieses Verfahren hergestellt wird, hat jedoch verschiedene Nachteile. So unterliegt er leicht -einer optischen Schädigung und man kann in den Wellenleiterweg nur 1 c refractive index is formed, which is slightly larger than that of the substrate. However, the thin film optical waveguide manufactured by this method has various disadvantages. So it is easily subject to optical damage and you can only enter the waveguide path

_ ■ eine sehr kleine Lichtleistung einführen. Unter dem Ausdruck "optische Schädigung bzw. Fehler", wie er in der Beschreibung verwendet wird, ist eine Erscheinung zu verstehen, bei dem die Lichtstärke, die sich in und durch den Lichtwellenleiter ausbreitet und dann nach außen abgegeben wird, wegen ihrer Streuung proportional zur Eingangslichtstärke nicht weiter erhöht wird, wenn die in den Lichtwellenleiter einzuführende Lichtstärke allmählich erhöht wird._ ■ introduce a very small light output. Under the expression "Optical damage or error", as used in the description, is to be understood as a phenomenon in which the light intensity that propagates in and through the optical waveguide and then emitted to the outside is, because of its scattering proportional to the input light intensity, is not increased further when the in the optical fiber to be introduced is gradually increased.

Ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten Wellenlei-A method for making an improved waveguide

ters, welcher einer optischen Schädigung weniger leicht oUters, which is less likely to oU to optical damage

unterliegt, ist bekannt geworden, bei dem das Kristallsubstrat aus LiNbO, oder LiTaO, bei hoher Temperatur wärmebehandelt wird, um Lithiumoxid (Li^O) außerhalb des kristallinen Substrats einzudiffundieren, wodurch in der Nachbarschaft der Oberfläche des Substrats eine von Lithium (Li) freie Zwischenraumschicht mit einem Brechungsindex gebildethas become known in which the crystal substrate made of LiNbO, or LiTaO, is heat-treated at a high temperature is to diffuse lithium oxide (Li ^ O) outside the crystalline substrate, creating in the neighborhood A lithium (Li) -free intermediate layer with a refractive index is formed on the surface of the substrate

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wird, der etwas größer als derjenige des Substrats ist.which is slightly larger than that of the substrate.

R.L.Holman und P.J.Cressman haben in "IOC, 90, 28. April 1981" beschrieben, daß durch die vorstehend beschriebene äußere Diffusionsbehandlung von Li-O der Schwellenwert der optischen Schädigung höher wird als derjenige, der durch eine innere Diffusionsbehandlung mit Ti erreicht wird. Wenn zufällig das Lichtablenkgerät und der LichtmödulatorR.L. Holman and P.J. Cressman in "IOC, 90, April 28 1981 "described that by the above-described external diffusion treatment of Li-O, the threshold value of the optical damage becomes higher than that achieved by internal diffusion treatment with Ti. If by chance the light deflector and the light modulator

■LP unter Ausnutzung des akustisch-optischen Effektes oder des elektro-optischen Effektes realisiert werden sollen, stellt die Erhöhung des Wirkungsgrades eines jeden der vorstehend erwähnten Effekte einen wichtigen Faktor bei der Bildung des Elementes dar. Als representatives Beispiel zur Aus-■ LP using the acoustic-optical effect or the Electro-optical effect to be realized, increases the efficiency of each of the above mentioned effects represent an important factor in the formation of the element. As a representative example for the

jg nutzung des akustisch-optischen Effektes gibt es ein Verfahren, bei dem ein elektrisches Hochfrequenzfeld an kammförmige Elektroden angelegt wird, die durch Fotolithografietechnik auf dem Lichtwellenleiter gebildet werden, damit elastische Oberflächenwellen auf dem Lichtwellenleiter an-jg use of the acoustic-optical effect there is a procedure, in which a high-frequency electric field to comb-shaped Electrodes is applied, which are formed by photolithography technology on the optical waveguide, so that elastic surface waves on the optical waveguide

_n geregt werden. Es ist in diesem Falle bekannt, daß die Wechselwirkung zwischen den auf dem Lichtwellenleiter angeregten Oberflächenwellen und dem geleiteten Licht, das sich in und durch den Lichtwellenleiter ausbreitet, erhöht wird, sobald die Energieverteilung des geleiteten Lichts_ n be excited. It is known in this case that the interaction between the surface waves excited on the optical waveguide and the guided light which propagates in and through the optical waveguide is increased as soon as the energy distribution of the guided light is achieved

oc in der Nähe der Substratoberfläche konzentriert wird. 2b oc is concentrated near the substrate surface. 2 B

(Vgl. CS. Tsai, "IEEE Transaction on Circuits, and Systems", Vol. CAS-26, 12, 1979.)(See CS. Tsai, "IEEE Transaction on Circuits, and Systems", Vol. CAS-26, 12, 1979.)

Unter dem Gesichtspunkt der maximalen Ausnutzung der vor-From the point of view of maximum utilization of the

stehend erwähnten Wechselwirkung bewirkt die Dicke der ο υThe interaction mentioned above causes the thickness of the ο υ

Lichtwellenleiterschicht (eine von Lithium freie Zwischenraumschicht)/die durch das vorstehend erwähnte äußere LI2O-Diffusionsverfahren gebildet werden soll, kleine Änderungen im Brechungsindex, so daß die Schicht mit einer Dicke vonOptical waveguide layer (a lithium-free gap layer) / to be formed by the above-mentioned LI2O external diffusion method, small changes in the refractive index, so that the layer with a thickness of

10 bis 100 /am hergestellt werden muß. Dies is\ ungünstig, 3510 to 100 / am must be produced. This is \ unfavorable, 35

weil die Energieverteilung des geleiteten Lichts sich mbecause the energy distribution of the guided light is m

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Richtung der Stärke der Schicht ausbreitet. Daher war es schwierig, in der sich ergebenden Vorrichtung einen hohen Wirkungsgrad zu realisieren, bei der ein Dünnf ilin-Wel lenleiter ausgenutzt wird, wie er durch das vorstehend beschriebene äußere Diffusionsverfahren mit Li2° ^ür ^e Herstellung des Lichtablenkgeräts usw. ausgenutzt wird.Direction of the thickness of the layer spreads. Therefore, it was difficult to realize a high efficiency in the resulting device in which a Dünnf ilin-Wel lenleiter is utilized, as utilized by the above-described outer diffusion method using L i 2 ° ^ ÜR ^ e Preparation of Lichtablenkgeräts etc. will.

Andererseits ist ein anderes Verfahren zur Herstellung ei-1(~, nes verbesserten Dünnfilm-Wellenleiters mit geringer optischer Schädigung durch ein Ionenaustauschverfahren bekannt geworden. Bei diesem Verfahren wird das Kristallsubstrat aus LiNbO, oder LiTaO, bei einer niedrigen Temperatur einer Wärmebehandlung in einem gelösten Salz von Talliumnitrat CTlNO3), Silbernitrat (AgNO3), Kaliumnitrat (KNO3) und dergleichen oder in einer schwachen Säure, wie Benzoesäure (CfiH,-COOH) wärmebehandelt wird, um Lithiumionen (Li ) in dem kristallinen Substrat durch eine Ionenspezies in der schwachen Säure, etwa Protonen (H ) auszutauschen. Auf diese Weise wird eine Lichtwellenleiterschicht mit einem großen Unterschied im Brechungsindex (4h ^ 0,12) ausgebildet. On the other hand, another method is for preparing egg 1 (~, known nes improved thin-film waveguide having low optical damage by an ion exchange method. In this method, the crystal substrate is made of LiNbO, or LiTaO, at a low temperature to a heat treatment in a dissolved salt of tallium nitrate (CTlNO 3 ), silver nitrate (AgNO 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ) and the like or in a weak acid such as benzoic acid (C fi H, -COOH) is heat treated to release lithium ions (Li) in the crystalline substrate by an ion species in the weak acid, about to exchange protons (H). In this way, an optical waveguide layer having a large difference in refractive index (4h ^ 0.12) is formed.

Während der Dünnfilm-Wellenleiter, der durch das vorstehend beschriebene Ionenaustauschverfahren hergestellt worden ist, eine verbesserte Eigenschaft im Hinblick auf den Schwellenwert der optischen Schädigung aufweist, welcher einige zehnmal höher ist als der durch Titandiffusion erhaltene Dünnfilm-Lichtwellenleiter, besteht jedoch ein Problem darin, daß die Piezoelektrizität und die elektro-optischen Eigenschaften, die den Kristallen von LiNbO, und LiTaO, eigen sind, durch das Ionenaustauschverfahren schlechter werden^mit der Folge, daß beispielsweise bei der Verwendung als Lichtablenkgerät die Brechungswirksamkeit des geleiteten Lichtes unvermeidlich herabgesetzt, wird.While the thin film waveguide passing through the above described ion exchange process has been produced, has an improved property with respect to the threshold visual damage, which is some is ten times higher than the thin film optical waveguide obtained by titanium diffusion, but there is a problem that that the piezoelectricity and the electro-optical properties that the crystals of LiNbO, and LiTaO, are inherent, get worse by the ion exchange process ^ with the result that, for example, when using as a light deflection device, the refractive efficiency of the guided light is inevitably reduced.

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Im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Nachteile ist es Aufgabe der Erfindung, ein optisches Funktionselement mit einem ausreichend hohen Schwellenwert für seine optisehe Schädigung vorzusehen und mit dem eine ausreichende Lichtmodulation oder -ablenkung durchgeführt werden kann.In view of the disadvantages described above, the object of the invention is to provide an optical functional element with a sufficiently high threshold value for its optisehe damage and with a sufficient one Light modulation or deflection can be carried out.

Ferner soll ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines solchen optischen Funktionselementes vorgesehen werden.Furthermore, an improved method for producing such an optical functional element is to be provided.

Gegenstand der Erfindung ist ein optisches Funktionselement mit einem Substrat, einem Lichtwellenleiter, der an der Oberfläche des Substrates, außer an einem Bereich desselben^ durch ein Ionenaustauschverfahren ausgebildet wird,The invention relates to an optical functional element with a substrate, an optical waveguide, which is connected to the surface of the substrate, except in an area of the same ^ is formed by an ion exchange process,

, p. undeiner Einrichtung, die an dem Bereich der Substratoberfläche vorgesehen ist, mit dem kein Ionenaustauschverfahren durchgeführt worden ist, und die das sich in und durch den Lichtwellenleiter ausbreitende Licht moduliert oder ablenkt, indem der Brechungsindex des Lichtwellenleiters durch eine äußere Einwirkung verändert wird., p. andmeans attached to the portion of the substrate surface is provided with which no ion exchange process has been performed, and which modulates the light propagating in and through the optical waveguide or deflects by the refractive index of the optical fiber is changed by an external influence.

Die Erfindung wird unter' Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing explained.

Fig. 1 bis 4 zeigen perspektivische Ansichten von bevorzug-25 FIGS. 1 to 4 show perspective views of preferred FIGS

ten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Funktionselements,th embodiments of the optical according to the invention Functional element,

Fig. 5A und 5B sind schematische Schnittansichten, die ein Beispiel zur Herstellung des optischen Funktionselements gemäß der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform erläutern. 5A and 5B are schematic sectional views explaining an example of manufacturing the optical functional element according to the embodiment shown in FIG. 4.

Fig. 6 bis 9 stellen perspektivische Ansichten anderer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optischen Funktionselements dar.Figures 6 through 9 illustrate perspective views of other embodiments of the optical functional element according to the invention.

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Fig. 1OA bis 10D sind schematisehe Schnittansichten die ein Herstellungsbeispiel des optischen Funktionselements gemäß der in Fig. 9 gezeigten Ausführungsform erläutern. Figs. 10A to 10D are schematic sectional views of Figs Explain the production example of the optical functional element according to the embodiment shown in FIG. 9.

Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Beispiels des erfindungsgemäßen optischen Funktionselements . 11 is a perspective view of another example of the optical functional element according to the invention.

Fig. 12A bis 12C sind schematische Schnittansichten die ein Herstellungsbeispiel des optischen Funktionselements gemäß der in Fig. 11 gezeigten Ausführungsformen verdeutlichen. Figs. 12A to 12C are schematic sectional views of Figs illustrate a production example of the optical functional element according to the embodiment shown in FIG. 11.

Fig. 1 verdeutlicht eine Lichtablenkvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Funktionselements. In der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern folgendes: 1 ein Kristallsubstrat, 2 einen durch Fig. 1 illustrates a light deflection device according to a first embodiment of the optical according to the invention Functional element. In the drawing, the reference numerals mean the following: 1 a crystal substrate, 2 a through

n Ionenaustausch behandelten Bereich zur Bildung des Lichtwellenleiters, 3 einen Abschnitt, der nicht durch Ionenaustausch behandelt worden ist, 4 eine kammförmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine kammförmige Elektrode an der Empfangsseite, 6 ein optisches Kupplungs-Eingangsprisma undN ion exchange treated area for the formation of the optical waveguide, 3 a section that has not been treated by ion exchange, 4 a comb-shaped electrode on the output side, 5 a comb-shaped electrode on the receiving side, 6 an optical coupling input prism and

„P- 7 ein optisches Kupplungs-Ausgangsprisma. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Dünnfilm-Lichtwellenleiter in Form der Ablenkvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform dadurch ausgezeichnet, daß er an dem nicht durch Ionenaustausch behandelten Abschnitt kammförmige Elektroden aufweist, die die Funktion haben, elastische Oberflächenwellen zu erzeugen oder zu empfangen."P- 7 an optical coupling output prism. As shown in FIG is, the thin film optical waveguide is in the form of the Deflection device according to this embodiment distinguished by that it has comb-shaped electrodes on the portion not treated by ion exchange, the have the function of generating elastic surface waves or to receive.

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung des Lichtablenkgerätes dieser besonderen Ausführungsform näher erläu-The following is the method of manufacturing the light deflector explain this particular embodiment in more detail

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Eine Oberfläche (beispielsweise χ -.Oberfläche) eines LiNbO,-Kristalles einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm in Richtung der x-Achse und einer Länge von 2,54 cm in Richtungen Q der _z- und χ-Achsen) wurde auf einen Ebenheitsgrad von wenigen Newtonringen oder weniger poliert, nachdem eine gewöhnliche Ultraschallreinigung mit Methanol, Aceton und reinem Wasser durchgeführt worden war, worauf die Oberfläche durch ein Gebläse mit Stickstoffgas getrocknet wurde.A surface (e.g. χ -.surface) of a LiNbO, crystal an X-plate (with a thickness of 1 mm in the direction of the x-axis and a length of 2.54 cm in the directions Q of the _z- and χ-axes) was reduced to a degree of flatness of a few Newton rings or less polished after ordinary ultrasonic cleaning with methanol, acetone and pure water, and then the surface was dried by a blower with nitrogen gas.

Anschließend wurde eine 1 mm starke Aluminiumplatte in Gestalt des Bereichs 2 des durch ein Ionenaustauschverfahren behandelten Substrats auf dem LiNbO,-Substrat angeordnet, worauf Chrom (Cr) und Aliminium (Al) durch Aufdampfung mit einer Dicke von 5,0 nm bzw. 145 nm darauf abgeschiedenwurde. Als Substrat kann auch LiTaO- verwendet werden, wodurch Dünnfilme aus Chrom und Aluminium als Maske für das Ionenaustauschverfahren auf demjenigen Bereich ausgebildet werden, wo die kammförmigen Elektroden gebildet wer- _0 den sollen.Subsequently, a 1 mm thick aluminum plate in the shape of area 2 of the substrate treated by an ion exchange method was placed on the LiNbO, substrate, whereupon chromium (Cr) and aluminum (Al) by vapor deposition to a thickness of 5.0 nm and 145 nm, respectively was deposited on it. As the substrate also LiTaO- can be used, thereby forming thin films of chromium and aluminum as a mask for the ion exchange method on the portion where the comb-shaped electrodes formed advertising _ 0 to the.

In der nächsten Stufe würde das Kristallsubstrat einem Ionenaustauschverfahren mit der vorstehend erwähnten, darauf ausgebildeten Maske unterzogen. Das Ionenaustauschverfahren wurde durchgeführt, indem man 80 g Benzoesäure (C6H1-COOH) in einem 100 ml Quarzbecher einbringt, das kristalline Substrat mit der Maske in dem Becher in der Weise anordnet, daß die Oberfläche mit der Maske nach oben zeigt, anschließend das Becherglas mit einer Aluminiumfolie vollständig abschließt und danach den Becher mit seinem Inhalt 30In the next stage, the crystal substrate would be ion-exchanged with the aforementioned mask formed thereon. The ion exchange process was carried out by placing 80 g of benzoic acid (C 6 H 1 -COOH) in a 100 ml quartz beaker, then placing the crystalline substrate with the mask in the beaker with the surface with the mask facing up completely cover the beaker with an aluminum foil and then the beaker with its contents 30

in einen Heizofen 15 min lang bei einer Temperatur von 25O0C einbringt. Anstelle von Benzoesäure können schwache Säuren wie Palmitinsäure (CH3(CH7)^COOH), Stearinsäure (CH3(CH2I16COOH), usw. und gelöste Salze wie AgNO3, TlNO3, TlSO., KNO7 und andere verwendet werden. 4' 3is introduced into a heating furnace for 15 minutes at a temperature of 25O 0 C. Instead of benzoic acid, weak acids like palmitic acid (CH 3 (CH 7 ) ^ COOH), stearic acid (CH 3 (CH 2 I 16 COOH), etc. and dissolved salts like AgNO 3 , TlNO 3 , TlSO., KNO 7 and others can be used can be used. 4 '3

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Nach der vorstehend erwähnten Hitzebehandlung wird das Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten des Substrats herausgenommen und mit Ethanol und dann mit Aceton gewaschen. Mit diesen Lösungsmitteln können die auf der Oberfläche des Substrats anhaftenden Benzoesäurekristalle leicht aufgelöst werden. Nach dem Waschvorgang wurde die für das Ionenaus tauschverfahren vorgesehene Schutzmaske aus Chrom und Aluminium unter Verwendung einer Ätz lösung entfernt. After the above-mentioned heat treatment, the substrate is held using a quartz tool taken out of the substrate and washed with ethanol and then with acetone. With these solvents the on Benzoic acid crystals adhering to the surface of the substrate are easily dissolved. After the washing process, the for The protective mask made of chrome and aluminum provided for the ion exchange process is removed using an etching solution.

Um die Eigenschaft des auf diese Weise hergestellten Lichtwellenleiters zu untersuchen, wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma 1F. in die Wellenleiteroberfläche in Richtung der y-Achse eingeführt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Als Ergebnis wurde ein Wert von 1,5 dB/icm erhalten. Auch der erhaltene Schwellenwert der optischen Schädigung war sehr hoch und lag bei 10 mW/mm bei Anwendung des He-Ne-Lichtes.In order to examine the property of the optical waveguide manufactured in this way, a He-Ne laser beam having a wavelength of 632.8 nm was passed through a rutile prism 1F . introduced into the waveguide surface in the direction of the y-axis to determine the light propagation loss. As a result, a value of 1.5 dB / icm was obtained. The threshold value obtained for the optical damage was also very high and was 10 mW / mm when the He-Ne light was used.

Nach der Messung wurde der Lichtwellenleiter gewaschen und wieder getrocknet, worauf ein positiver Fotolack durch eine Schleuderbeschichtung mit einer Dicke von 1 bis 1,5 /im darauf aufgebracht wurde. Danach wurde eine Kontaktbelichtung unter „,. Verwendung der negativen Maske für die kammförmigen Elektroden durchgeführt und anschließend wurde der Fotolack in der Weise entwickelt, daß darin nicht nur der Bereich für die kammförmige Elektrode belassen wurde. Nach dem Waschen wurde der Lichtwellenleiter getrocknet und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung eingebracht, welche aufAfter the measurement, the optical waveguide was washed and dried again, whereupon a positive photoresist was replaced by a Spin coating with a thickness of 1 to 1.5 / in on top was applied. After that, a contact exposure was made under “,. Use of the negative mask for the comb-shaped electrodes carried out and then the photoresist was developed in such a way that not only the area for the comb-shaped electrode was left. After washing, the optical waveguide was dried and placed in introduced a vacuum deposition device, which on

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einen Vakuumdruck von 1,33 χ 10 mbar evakuiert war. Danach wurde Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit einer Dicke von 1500 Λ abgeschieden. Nach der Aufdampfung wurde der Wellenleiter in Aceton einige min lang eingetaucht, wodurch der Aluminiumfilm auf dem Fotolack durcha vacuum pressure of 1.33 10 mbar was evacuated. After that, aluminum was using electron beam deposition deposited to a thickness of 1500 Λ. After vapor deposition the waveguide was immersed in acetone for a few minutes, causing the aluminum film on the photoresist to pass through

Abheben entfernt und der Bereich für die kammförmige Elek-Lift off and the area for the comb-shaped elec-

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trode auf dem Lichtwellenleiter ausgebildet wurde. In diesem Fall ist die kammförmige Elektrode .so ausgestaltet, daß die Hauptwellenlänge der elastischen Oberflächenwellen bei 600 Hz liegt. Aus diesem Grund ist die Breite der kammförmigen Elektroden und der Zwischenraum zwischen den Elektroden jeweils bei 1,45 um festgelegt. Auf diese Weise wurden kammförmige Elektroden an dem nicht durch Ionenaustausch behandelten Bereich vorgesehen und somit jQ wurde ein Dünnfilm-Lichtwellenleiter in1 Form einer Lichtablenkvorrichtung hergestellt.trode was formed on the optical waveguide. In this case, the comb-shaped electrode is designed so that the main wavelength of the elastic surface waves is 600 Hz. For this reason, the width of the comb-shaped electrodes and the space between the electrodes are each set at 1.45 µm. In this manner, comb-shaped electrodes were provided at the not treated by ion exchange region and thus jQ, a thin-film optical waveguide in the form of a light deflecting device 1 manufactured.

Andererseits wurden die gleichen kammförmigen Elektroden, wie vorstehend erwähnt, auf dem Lichtwellenleiter gebildet,On the other hand, the same comb-shaped electrodes, as mentioned above, formed on the optical fiber,

-e der in der Weise erhalten wurde, daß man die gesamte Oberfläche des Substrats dem vorstehend erwähnten Ionenaustauschverfahren unterzieht, ohne daß jedoch die Schutzmaske für das Ionenaustauschverfahren vorgesehen wurde. Unter Verwendung dieses Lichtwellenleiters und des erfindungsgemäßen Lichtwellenleiters wurde der Brechungswirkungsgrad des geleiteten Lichts für Vergleichszwecke bestimmt. Wie in; Fig. 1 gezeigt ist, wurden beide Lichtwellenleiter mit dem einfallenden Licht 9 behandelt, wobei ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge von 632,8 nm verwendet wurde und eine Hochfrequenzleistung von 0,6 W wurde an die kammförmige Elektrode 4 an der Abgabeseite angelegt. Das einfallende Licht 9 wurde durch das Lichtkupplung-Eingangsprisma 6 in geleitetes Licht umgewandelt und durch die elastischen Oberflächenwellen 8 gebeugt, die durch die kammförmige Elektrode 4-e obtained by covering the entire surface of the substrate subjected to the above-mentioned ion exchange process without, however, the protective mask for the ion exchange process was envisaged. Using this optical waveguide and the inventive Optical waveguide, the refraction efficiency of the guided light was determined for comparison purposes. As in; Fig. 1 is shown, both optical waveguides were treated with the incident light 9, a He-Ne laser with a Wavelength of 632.8 nm was used and a high frequency power of 0.6 W was applied to the comb-shaped electrode 4 on the discharge side. The incident light 9 was passed through the light coupling input prism 6 in Light converted and diffracted by the elastic surface waves 8 generated by the comb-shaped electrode 4

an der Abgabeseite angeregt wurden. Das gebeugte Licht wird 30were suggested on the delivery side. The diffracted light turns 30

von dem Lichtkopplung-Ausgangsprisma 7 abgegeben. Andererseits wurden die elastischen Oberflächenwellen in der kammförmigen Elektrode 5 an der Empfangsseite aufgenommen, die gegenüber der kammförmigen Elektrode an der Abgabeseiteoutput from the light coupling output prism 7. On the other hand, the surface elastic waves became in the comb-shaped Electrode 5 added on the receiving side, opposite to the comb-shaped electrode on the delivery side

angeordnet ist, wodurch der Einfügungsverlust der elasti-35 is arranged, reducing the insertion loss of the elasti-35

sehen Oberflächenwellen gemessen werden kann. Der Brechungs-see surface waves can be measured. The refractive

-15- DE 4399-15- DE 4399

Wirkungsgrad beträgt 601, wenn die kammförmigen Elektroden auf dem nicht durch Ionenaustausch behandelten Bereich des Substrats gemäß der Erfindung vorgesehen sind, während der Brechungswirkungsgrad 0,5 % beträgt, wenn die kammförmigen Elektroden auf dem durch Ionenaustausch behandelten Bereich vorgesehen sind. Wenn die kammförmigen Elektroden auf dem nicht durch Ionenaustausch behandelten Bereich des Substrats im Rahmen der Erfindung vorgesehen sind, beträgt der WertThe efficiency is 601 when the comb-shaped electrodes are provided on the non-ion-exchange treated area of the substrate according to the invention, while the refraction efficiency is 0.5 % when the comb-shaped electrodes are provided on the ion-exchange treated area. If the comb-shaped electrodes are provided on the area of the substrate not treated by ion exchange within the scope of the invention, the value is

^q des Einfügungsverlustes der elastischen Oberflächenwellen 17 dB, während der Wert 40 dB beträgt, wenn die Elektroden auf dem durch Ionenaustausch behandelten Bereich gebildet sind. Aus dem vorstehenden Ergebnis ergibt sich, daß bei Anordnung der kammförmigen Elektroden auf dem durch Ionen-^ q of the insertion loss of the elastic surface waves 17 dB, while the value is 40 dB when the electrodes are formed on the ion-exchange treated area are. From the above result it follows that when the comb-shaped electrodes are arranged on the ionic

^c austausch behandelten Bereich, das Umsetzungsverhältnis zu den elastischen Oberflächenwellen durch verminderte Piezoelektrizität des Kristalles infolge des Ionenaustauschverfahrens vermindert wird, wodurch der Beugungswirkungsgrad des geführten Lichtes abnimmt.^ c exchange treated area, the implementation ratio too the elastic surface waves due to decreased piezoelectricity of the crystal is decreased due to the ion exchange process, thereby reducing the diffraction efficiency of the guided light decreases.

Wie vorstehend erläutert, hat das Lichtablenkgerät in dieser besonderen Ausführüngsform einen hohen Schwellenwert der optischen Schädigung und einen hohen Brechungswirkungsgrad des geleiteten Lichtes.As explained above, the light deflection device in this particular embodiment has a high threshold value the optical damage and a high refractive efficiency of the guided light.

Bei der Herstellung der Lichtablenkvorrichtung in der vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die Schutzmaske für das Ionenaustauschverfahren nach dem Ionenaustauschverfahren einmal abgeschält und dann wer- _ den die kammförmigen Elektroden wieder auf diesen durchIn the manufacture of the light deflecting device in the above-described embodiment of the invention becomes the protective mask for the ion exchange process according to the ion exchange process is peeled off once and then the comb-shaped electrodes are put through them again

Ionenaustausch behandelten Bereich ausgebildet. Um jedoch die Zahl der Verfahrensschritte zu vermindern, werden solche kammförmigen Elektroden hergestellt, indem das Schutzmaskenmaterial für das vorstehend erwähnte Ionenaustauschverfahren verwendet wird,
d
Ion exchange treated area formed. However, in order to reduce the number of process steps, such comb-shaped electrodes are manufactured by using the protective mask material for the above-mentioned ion exchange process,
d

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Im folgenden wird die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Funktionselements unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert. In dieser Figur, sind diejenigen Teile, g die mit denjenigen in Fig. 1 identisch sind, mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet. In Fig. 2 bedeuten die Bezugsziffern: 1 ein Kristallsubstrat, 2 ein durch Ionenaustausch behandelter Bereich, 4 eine kammförmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine kammförmige Elektrode an der •j^Q Empfangsseite, 10 ein Lichtkopplungs-Eingangsbrechungsgit-" ter, 11 ein Lichtkopplungs-Ausgangsbrechungsgitter, und eine äußere Diffusionsschicht aus Li-O (Lithiumoxid).The following is the second embodiment of the invention optical functional element explained with reference to FIG. In this figure, those parts are g, which are identical to those in FIG. 1, are denoted by the same reference number. In Fig. 2, the reference numbers mean: 1 a crystal substrate, 2 an ion exchange treated area, 4 a comb-shaped electrode on the output side, 5 a comb-shaped electrode on the • j ^ Q receiving side, 10 a light coupling input refraction grid " ter, 11 a light coupling output diffraction grating, and an outer diffusion layer made of Li-O (lithium oxide).

Ein Unterschied zwischen der zweiten und der ersten Aus-.g führungsform besteht darin, daß eine äußere Diffusionsschicht 12 aus Li-O zwischen der durch Ionenaustausch behandelten Schicht 2 und dem Substrat 1 eingefügt ist und die kammförmigen Elektroden auf dieser äußeren Diffusionsschicht aus Li-O ausgebildet sind. A difference between the second and the first Aus-.g Guide form is that an outer diffusion layer 12 of Li-O between the treated by ion exchange Layer 2 and the substrate 1 is inserted and the comb-shaped electrodes are formed on this outer diffusion layer made of Li-O.

Wie vorstehend erwähnt ist das Verfahren zur Bildung des Lichtwellenleiters mit'Hilfe der Außendiffusion von Li-O und durch Ionenaustausch im Detail in der japanischen Patentanmeldung Nr. 202470/1982 beschrieben. Diese zweite erfindungsgemäße Ausführungsform ist gegenüber der ersten Ausführungsform insofern vorteilhafter, als ein Lichtwellenleiter mit einem niedrigen Ausbreitungsverlust erhalten werden kann. Bei der Herstellung der Lichtablenkvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform werden die folgenden Verfahrensstufen nach der Reinigung des Substrats durchgeführt: As mentioned above, the method of forming the optical waveguide with the aid of the external diffusion of Li-O and by ion exchange described in detail in Japanese Patent Application No. 202470/1982. This second inventive Embodiment is more advantageous compared to the first embodiment, as an optical waveguide can be obtained with a low propagation loss. During the manufacture of the light deflection device according to the second embodiment, the following Process steps carried out after cleaning the substrate:

Das vorstehend erwähnte gereinigte und getrocknete Substrat wird auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtetThe above-mentioned cleaned and dried substrate is set up on a holder made of fused quartz

und in einen thermischen Diffusionsofen bei 1000 C einge-35 and placed in a thermal diffusion furnace at 1000 C

bracht. Getrockneter Sauerstoff (O2) wurde als Gasatmosphärebrings. Dried oxygen (O 2 ) was used as a gas atmosphere

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in den Diffusionofen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min eingeführt. Die Ofentemperatur wurde von Raumtemperatur auf 10000C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min heraufgesetzt. Wenn die Temperatur in dem Ofen eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Ofen bei einer Temperatur von 10000C 8 Stunden lang gehalten und danach wurde das Substrat in den zweiten Diffusionsofen, der bei 6000C gehalten wurde, stufenweise überführt. Danach ^q wurde die Stromzufuhr zu dem zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen von 600 C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach einer äußeren Diffusionsbehandlung mit Li-O wurden die Verfahrensstufen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Abfolge wiederholt, d.h. die Herstellung der Schützetmaske für das Ionenaustauschverfahren, Ionenaustauschvorgang, Reinigung, Wegätzung der Maske und Bildung der kammförmigen Elektroden.introduced into the diffusion furnace at a flow rate of 2 l / min. The furnace temperature was raised from room temperature to 1000 0 C at a rate of 16 ° C / min. When the temperature in the furnace became constant one hour after the temperature rise, the furnace was kept at a temperature of 1000 ° C. for 8 hours and thereafter the substrate was gradually transferred to the second diffusion furnace kept at 600 ° C. Thereafter, the power to the second diffusion furnace was stopped and the furnace was allowed to cool from 600 ° C. to room temperature. After an external diffusion treatment with Li — O, the process steps according to the first embodiment were repeated in the same sequence, ie the production of the protective mask for the ion exchange process, ion exchange process, cleaning, etching away of the mask and formation of the comb-shaped electrodes.

Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick auf on seine Eigenschaften untersucht, indem ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm in die Wellenleiteroberfläche bezüglich seiner\y_-Richtung mit Hilfe eines Rutilprismas eingeführt und sein Lichtausbreitungsverlust gemessen wurde. Es wurde ein Wert von 1,0 dB/cm erhalten. Der gemessene Wert des Brechungswirkungsgrades betrug 601, welcher damit der gleiche wie in der ersten Ausführungsform war.The optical waveguide thus produced was investigated its properties with respect to on by a He-Ne laser beam having a wavelength of 632.8 nm in the waveguide surface with respect introduced a Rutilprismas its \ y_ direction with the aid and its light propagation loss was measured. A value of 1.0 dB / cm was obtained. The measured value of the refraction efficiency was 601, which was the same as that of the first embodiment.

Im nachstehenden wird die dritte Ausführungsform des erori findungsgemäßen optischen Funktionselements unter Bezug-In the following, the third embodiment is the ori he inventive optical functional element by reference in

nähme auf die Fig. 3 erläutert.would take on Fig. 3 explained.

In Fig. 3 bedeutet die Bezugsziffer 13 eine Diffusionsschicht aus Titan (Ti). Die anderen Teile sind genau die In Fig. 3, reference numeral 13 denotes a diffusion layer made of titanium (Ti). The other parts are just that

selben wie in der zweiten Ausführungsform und sie werden ο οsame as the second embodiment and they will ο ο

daher mit den gleichen Bezugsziffern wie in der vorherigen Ausführungsform bezeichnet.therefore with the same reference numerals as in the previous one Designated embodiment.

-18- DE 4399-18- DE 4399

Das Verfahren zur Herstellung des Lichtwellenleiters durch Titandiffusion und Ionenaustauschverfahren ist in "Optical Communication 42 (1982) 101" von M. DeMicheli, J. Botineau P. Sibillot, D.B.Ostrowsky und M. Papuchon beschrieben.The method of manufacturing the optical waveguide by titanium diffusion and ion exchange methods is described in "Optical Communication 42 (1982) 101 "by M. DeMicheli, J. Botineau P. Sibillot, D.B. Ostrowsky and M. Papuchon.

Diese dritte erfindungsgemäße Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein Lichtwellenleiter erhalten werden kann, dessen Ausbreitungsverlust niedriger ist als derjenige in den -,Q ersten und zweiten Ausführungsformen. Bei der Herstellung der Lichtablenkvorrichtung gemäß der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform wurden die folgenden Verfahrensschritte nach der Reinigung des Substrats durchgeführt:This third embodiment according to the invention has the advantage that an optical waveguide can be obtained whose propagation loss is lower than that in the -, Q first and second embodiments. In the preparation of the light deflecting device according to the third embodiment of the present invention was the following process steps carried out after cleaning the substrate:

,g Ein Dünnfilm aus Titan mit einer Filmdicke von 20 nm wurde auf der getrockneten Oberfläche des Substrats durch Elektronenstrahlabscheidung gebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und dann in einen thermischen Diffusionofen bei, g A thin film made of titanium with a film thickness of 20 nm was made on the dried surface of the substrate by electron beam deposition educated. The substrate was then set up on a fused quartz holder and then in a thermal diffusion furnace

nn 9650C eingebracht. Getrocknetes Sauerstoffgas (O0) wurde in den Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Geschwindigkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur im Ofen wurde von Raumtemperatur auf 9650C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht. Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach nn 965 0 C introduced. Dried oxygen gas (O 0 ) was introduced into the diffusion furnace as a gas atmosphere at a rate of 1 liter / min. The temperature in the furnace was increased from room temperature to 965 0 C at a rate of 16 ° C / min. When the oven temperature is an hour after

f. der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Halter f. the temperature increase became constant, the holder became

bei 965 C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde der Halter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen, der bei 600 C gehalten wurde, überführt. Dann wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen wurde von 600 Cheld at 965 C for 2.5 hours. After that, the holder became a second heat diffusion furnace, operating at 600 ° C was held, transferred. Then the power to the second diffusion furnace was cut off and the furnace was turned off at 600C

auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach der thermischen 30allowed to cool to room temperature. After the thermal 30

Diffusionsbehandlung von Titan wurden die Verfahrensweisen gemäß der ersten Ausführungsform in der gleichen Reihenfolge wiederholt, d.h. die Herstellung der Schutzmaske für das Ionenaustauschverfahren, Ionenaustauschvorgang, Reinigung, Wegätzen des Maskenmaterials und Ausbildung der kamnförmigen Elektroden. Zur Prüfung der Eigenschaften des soDiffusion treatment of titanium became the procedures according to the first embodiment repeated in the same order, i.e. the manufacture of the protective mask for the ion exchange process, ion exchange process, cleaning, etching away the mask material and formation of the camshaped Electrodes. To examine the properties of the so

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hergestellten Lichtwellenleiters wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma in die Wellenleiteroberfläche in seiner y-Richtung eingepführt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Es wurde ein Wert von 0,2 dB/cm erhalten. Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie 15 mW/mm, obwohl der Lichtwellenleiter eine Titandiffusionsschicht aufwies. Andererseits wurde der Brechungswirkungsgrad mit 701 be-,Q stimmt, welcher höher liegt als derjenige in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.A He-Ne laser beam was used to produce the optical waveguide with a wavelength of 632.8 nm introduced through a rutile prism into the waveguide surface in its y-direction, to determine the loss of light propagation. A value of 0.2 dB / cm was obtained. The threshold the optical damage was as high as 15 mW / mm, although the optical waveguide had a titanium diffusion layer. On the other hand, the refraction efficiency was 701 be, Q which is higher than that in the first and second embodiments.

Die Fig. 4 verdeutlicht eine Lichtablenkungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform des erfindungsgemäßen op-.p. tischen Funktionselements, bei dem die mit Fig. 1 identischen Teile durch die gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Auf die detaillierten Erläuterungen wird Bezug genommen. In Fig. 4 zeigt der nicht durch Ionenaustausch behandelte Bereich 3 zur Vereinfachung einen vorbestimmten Bereich, der Nachbarbereiche der kammförmigen Elektroden 4 und 5 mit einschließt. In Wirklichkeit sind jedoch solche nicht durch Ionenaustausch behandelten Bereiche nur in der Nähe dieser Elektroden vorhanden. Diese vierte Ausführungsform liefert kammförmige Elektroden an einen Bereich, mit _ dem kein Ionenaustauschverfahren durchgeführt worden ist. Der Unterschied zur ersten Ausführungsform liegt darin, daß der nicht durch Ionenaustausch behandelte Bereich nur derjenige Bereich ist, der durch die Elektroden bedeckt ist.4 illustrates a light deflection device according to the fourth embodiment of the op-.p according to the invention. table functional element in which the parts identical to FIG. 1 are denoted by the same reference numerals are. Reference is made to the detailed explanations. In Fig. 4 shows that which was not ion-exchanged Area 3, for the sake of simplicity, a predetermined area, the neighboring areas of the comb-shaped electrodes 4 and 5 includes. In reality, however, such non-ion-exchanged areas are only in near these electrodes. This fourth embodiment provides comb-shaped electrodes to an area with _ which no ion exchange process has been carried out. The difference from the first embodiment is that the area not treated by ion exchange is only the area covered by the electrodes.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5A und 5B 30Referring now to FIGS. 5A and 5B, 30th

das Verfahren y.xxr Herstellung der Lichtablenk-Vorrichtung gemäß dieser vierten Ausführungsform näher erläutert.the method y.xxr production of the light deflection device according to this fourth embodiment is explained in more detail.

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++

Eine Oberfläche (beispielsweise die χ -Oberflache) eines LiNbO3-Kristall einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm in x-Richtung und einer Länge von 2,54 cm in den entsprechenden z- und y-Richtungen) wurde auf einen Ebenheits-— -A surface (for example the χ surface) of a LiNbO 3 crystal of an X plate (with a thickness of 1 mm in the x direction and a length of 2.54 cm in the corresponding z and y directions) was on a Flatness - -

grad von wenigen Newtonringen oder weniger poliert, worauf eine gewöhnliche Ultraschallreinigung unter Verwendung von Methanol .Aceton und Reinwasser durchgeführt wurde. Anschließend wurde die Oberfläche durch ein Gebläse mit Stickstoffgas getrocknet.polished to a few Newton rings or less, followed by ordinary ultrasonic cleaning using Methanol, acetone and pure water has been carried out. Subsequently, the surface was using a blower Nitrogen gas dried.

Anschließend wurde ein positiver Fotolack durch eine Schleuderauftragsvorrichtung mit einer Dicke von 1 bis 1,5 yum aufgebracht und dann wurde eine Kontaktbelichtung darauf unter Verwendung einer negativen Maske für die kamm-f örmigen Elektroden durchgeführt und anschließend der belichtete Fotolack in der Weise entwickelt, daß nicht nur der für die kamm-förmige Elektrode vorgesehene Bereich zurückblieb. Nach dem Waschvorgang wurde der so behandelte Kristall getrocknet und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung einge- _6Then a positive photoresist was applied by a spinner applied to a thickness of 1 to 1.5 µm and then contact exposure was carried out thereon performed using a negative mask for the comb-shaped electrodes and then the exposed Photoresist developed in such a way that not only the area intended for the comb-shaped electrode remained. After the washing process, the crystal treated in this way was dried and placed in a vacuum deposition device. _6

bracht, die auf einen Vakuumdruck von 1,3 3 χ 10 mbarbrings that to a vacuum pressure of 1.3 3 χ 10 mbar

evakuiert war, und anschließend wurde Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit einer Filmdicke von 1.500 Λ abgeschieden. Nach der Dampfabscheidung wurde der Aluminiumfilm auf dem Fotolack durch mehrere Minuten langes Ein-25 was evacuated, and then aluminum was electron beam deposited deposited with a film thickness of 1,500 Λ. After the vapor deposition, the aluminum film became on the photoresist by turning it on for several minutes

tauchen in Aceton durch Abheben entfernt und kamm-förmige Elektroden 4 und 5 wurden auf dem Kristallsubstrat 1, wie in Figur 5A gezeigt ist ausgebildet. Als Elektrodenmaterial können Au, Ti, Cr usw. anstelle von Al verwendet werden. In diesem Falle ist die kamm-förmige Elektrode so ausgestaltet, daß die Hauptwellenlänge der elastischen Oberflächenwellen 600 Hz werden kann. Aus diesem Grunde ist die Breite der kamm-förmigen Elektrode und der Zwischenraum zwischen den Elektroden jeweils auf 1,45 pm festgelegt.dipping in acetone was removed by lifting off, and comb-shaped electrodes 4 and 5 were formed on the crystal substrate 1 as shown in Figure 5A. As the electrode material, Au, Ti, Cr, etc. can be used in place of Al. In this case, the comb-shaped electrode is designed so that the main wavelength of the elastic surface waves can become 600 Hz. For this reason, the width of the comb-shaped electrode and the space between the electrodes are each set at 1.45 μm .

Danach wird das Ionenaustauschverfahren an dem Kristall-Thereafter, the ion exchange process is carried out on the crystal

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Substrat rait der vorstehend erwähnten Maske durchgeführt.Substrate carried out using the mask mentioned above.

Das Ionenaustauschverfahren wurde durchgeführt, indem man 80 g Benzoesäure (CgH1-COOH) in einen 100 ml-Quarzbecher einbringt, das Kristallsubstrat mit der Maske in dem Becher so anordnet, daß seine Oberfläche mit der Maske nach oben zeigt, anschließend den Becher mit einer Aluminiumfolie dicht abschließt und dann den Becher mit seinem Tnhalt in einen Heizofen einbringt, worin der Becher 15 Minuten lang bei einer Temperatur von 25O°C gehalten wird. In diesem Falle können anstelle von Benzoesäure schwache Säuren und gelöste Salze, wie sie bei der vorstehenden ersten Ausführungsform aufgeführt sind, verwendet werden.The ion exchange process was carried out by placing 80 g of benzoic acid (CgH 1 -COOH) in a 100 ml quartz beaker, arranging the crystal substrate with the mask in the beaker so that its surface with the mask faces up, then the beaker with a Seal the aluminum foil tightly and then place the beaker with its contents in a heating furnace, in which the beaker is kept at a temperature of 250 ° C. for 15 minutes. In this case, weak acids and dissolved salts as mentioned in the above first embodiment can be used instead of benzoic acid.

Im Anschluß an die vorstehende Wärmebehandlung wird das 15Following the above heat treatment, the 15th

Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten des Substrates herausgenommen und mit Ethanol und dann mit Aceton gereinigt. Mit diesen Lösungsmitteln können die Benzoesäurekristalle, die auf dem Substrat anhaften, leichtSubstrate taken out using a quartz tool to hold the substrate and with ethanol and then with Acetone purified. With these solvents the benzoic acid crystals, adhering to the substrate easily

aufgelöst werden. Auf diese Weise wird der durch Ionenaus-20 to be resolved. In this way, the ion-20

tausch gebildete Bereich 2 zur Erzeugung des Lichtwellenleiters auf dem Kristallsubstrat 1 ausgebildet, während der nicht durch Ionenaustausch behandelte Bereich nur in der Nähe der kamm-förmigen Elektroden 4 und 5 gelegen ist.Exchange formed area 2 for generating the optical waveguide formed on the crystal substrate 1 while the area not treated by ion exchange is located only in the vicinity of the comb-shaped electrodes 4 and 5.

Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick aufThe optical waveguide thus produced was developed with a view to

seine Eigenschaften untersucht, indem ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm auf die Wellenleiter-Oberfläche in y-Richtung mit Hilfe eines Rutil-Prismas eingeführt und sein Lichtausbreitungsverlust be-30 its properties examined by using a He-Ne laser beam with a wavelength of 632.8 nm onto the waveguide surface introduced in y-direction with the help of a rutile prism and its light propagation loss be -30

stimmt wurde. Es wurde ein Wert von 1,5 dB/cm erhalten.was true. A value of 1.5 dB / cm was obtained.

„Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie 10 mW/mm mit dem He-Ne-Laserstrahl. Ferner wurde unter den gleichen Bedingungen wie bei der ersten Ausführungsform der“The threshold value for optical damage was as high as 10 mW / mm with the He-Ne laser beam. Further, under the same conditions as in the first embodiment, FIG

Brechungswirkungsgrad bestimmt. Es wurde ein Wert von so 35Refraction efficiency determined. It got a value of around 35

hoch wie 60 % erhalten. Der Einfügungsverlust der elasti-high as 60% received. The insertion loss of the elastic

3U03903U0390

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sehen Überflächenwellen zeigte einen Wert von 17 dB/cm.see surface waves showed a value of 17 dB / cm.

Figur 6 verdeutlicht die fünfte erfindungsgemäße Ausfüh-Figure 6 illustrates the fifth embodiment according to the invention

rungsform, welche eine weitere Verbesserung der vorstehend 5rungsform, which is a further improvement of the above 5

beschriebenen vierten Ausführungsform darstellt. Es ist zu bemerken, daß in dieser Figur die mit der Figur 4 identischen Teile durch gleiche Bezugsziffern bezeichnet sind.represents fourth embodiment described. It is It is to be noted that in this figure the parts which are identical to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals.

In der Zeichnung bedeutet: 1 ein Kristallsubstrat aus /In the drawing: 1 means a crystal substrate made of /

LiNbO3, 2 em durch Ionenaustausch behandelter Bereich,LiNbO 3 , 2 em area treated by ion exchange,

4 eine kamm-förmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine kamm-förmige Elektrode an der Empfangsseite, 10 ein Lichkupplung-Eingangsbrechungsgitter, 11 ein Lichtkupplung-Ausgangsbrechungsgitter und 12 eine äußere Diffusions-15 4 a comb-shaped electrode on the delivery side, 5 a comb-shaped electrode on the receiving side, 10 a light coupling input diffraction grating, 11 a light coupling output diffraction grating and 12 an outer diffusion 15

schicht aus Lithiumoxid (Li2O).layer made of lithium oxide (Li 2 O).

Der Unterschied dieser fünften Ausführungsform mit der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform liegt darin, daß die äußere Diffusionsschicht aus Li9O zwischen der durch Ionen-The difference between this fifth embodiment and the embodiment shown in Figure 4 is that the outer diffusion layer of Li 9 O between the ion

austauschbehandlung gebildeten Schicht und dem Substrat eingefügt ist, und daß die kamm-förmigen Elektroden auf der äußeren Diffusionsschicht aus Li9O ausgebildet sind. Wegen dieser Struktur hat das optische Funktionselement gemäß dieser besonderen Ausführungsform einen vorteilhaftenExchange treatment formed layer and the substrate is inserted, and that the comb-shaped electrodes are formed on the outer diffusion layer of Li 9 O. Because of this structure, the optical functional element according to this particular embodiment has an advantageous one

niedrigen Ausbreitungsverlust.low loss of propagation.

Bei der Herstellung dieses Lichtablenkgerätes werden die folgenden Verfahrensstufen nach der Reinigung des Substrats durchgeführt. Nachdem das Substrat gereinigt und getrocknet worden war, wurde es auf einen Halter aus geschmolzenem Glas aufgerichtet und dann in einen Wärmediffusionsofen eingebracht, der bei 1.000°C gehalten wurde. Getrockneter Sauerstoff (O9) wurde als Gasatmosphäre in den Diffusionsofen bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 l/min einge-35 In the manufacture of this light deflection device, the following process steps are carried out after cleaning the substrate. After the substrate was cleaned and dried, it was set up on a holder made of molten glass and then placed in a heat diffusion furnace kept at 1,000 ° C. Dried oxygen (O 9 ) was introduced as a gas atmosphere into the diffusion furnace at a flow rate of 2 l / min

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führt. Die Ofentemperatur wurde von Raumtemperatur aufleads. The oven temperature rose from room temperature to

l.OOO°C mit einer Geschwindigkeit von 16 C/min erhöht. Wenn die Temperatur im Ofen eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Ofen bei der Tempe-5 1000 ° C increased at a rate of 16 ° C / min. When the temperature in the oven became constant one hour after the temperature rise, the oven at the Tempe-5

ratur von 1.000 C acht Stunden lang gehalten und danach wurde das Substrat in einen zweiten Wärmediffusionsofen stufenweise überführt, der bei 600 C gehalten wurde. Danach wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen unterbrochen und der Ofen wurde von 6000C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Nach dem äußeren Diffusionsprozeß von Li_0 wurden die Verfahrensstufen in der gleichen Reihenfolge wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt, d.h. Bildung der kaitim-förmigen Elektroden und Protonenaustausch.temperature of 1,000 ° C for eight hours, and then the substrate was gradually transferred to a second heat diffusion furnace kept at 600 ° C. The power supply to the second diffusion furnace was then interrupted and the furnace was allowed to cool from 600 ° C. to room temperature. After the external diffusion process of Li_0, the process steps were carried out in the same order as in the first embodiment, ie formation of the kaitim-shaped electrodes and proton exchange.

Der so hergestellte Lichtwellenleiter wurde im Hinblick auf seine Eigenschaften unter den gleichen Bedingungen wie in der ersten Ausführungsform getestet, und es wurde gefunden, daß der Lichtausbreitungsverlust 1,0 dB/cm und derThe optical waveguide thus prepared was tested under the same conditions as tested in the first embodiment and it was found that the light propagation loss is 1.0 dB / cm and the

Brechungswirkungsgrad 6o % betrug. 20Refraction efficiency was 6o%. 20th

Figur 7 verdeutlicht die- sechste Ausführungsform gemäß der Erfindung, welche eine weitere Verbesserung der vorstehend beschriebenen vierten Ausführungsform darstellt. In derFIG. 7 illustrates the sixth embodiment according to FIG Invention which is a further improvement on the fourth embodiment described above. In the

Zeichnung bedeutet die Bezugsziffer 13 eine mit Titan do-25 In the drawing, reference number 13 denotes one with titanium do-25

tierte Schicht und die Bezugsziffer 2" bedeutet einen durch Ionenaustausch behandelten Abschnitt, worin Protonen in die mit Titan dotierte Schicht injiziert worden sind. Die restlichen Teile sind identisch mit dem optischenlayer and reference numeral 2 "means one ion-exchange treated portion wherein protons have been injected into the titanium doped layer. The remaining parts are identical to the optical one

Funktionselement, wie es in Figur 6 gezeigt ist, so daß 30Functional element, as shown in Figure 6, so that 30th

sie mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das optische Funktionselement dieser sechsten Ausführungsform hat seinen Vorteil darin, daß ein niedrigerer Lichtausbreitungsverlust als in der fünften Ausführungsform erreichtthey are denoted by the same reference numerals. That optical functional element of this sixth embodiment has the advantage that a lower loss of light propagation than achieved in the fifth embodiment

werden kann.
35
can be.
35

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Bei der Herstellung des optischen Funktionselementes gemäß dieser sechsten, erfindungsgemäßen Ausführungsform wurden folgende Verfahrensstufen nach der Reinigung des SubstratsDuring the production of the optical functional element according to this sixth embodiment according to the invention following process steps after cleaning the substrate

_ durchgeführt. Ein Dünnfilm aus Titan mit einer Dicke von 5_ carried out. A thin film of titanium with a thickness of 5

20 Manometer wurde auf die getrocknete Oberfläche des Substrates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und dann in einen Wärmediffusionsofen angeordnet, der bei 9 65°C gehalten wurde. Getrocknetes Sauerstoffgas (0„) wurde in den Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Geschwindigkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur in dem Ofen wurde von Raumtemperatur auf 965°C mit einer Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht.20 manometers were formed on the dried surface of the substrate by electron beam deposition. Afterward the substrate was erected on a holder made of fused quartz and then placed in a heat diffusion furnace arranged, which was kept at 965 ° C. Dried oxygen gas (0 ") was added to the diffusion furnace as Gas atmosphere introduced at a rate of 1 l / min. The temperature in the oven was from room temperature increased to 965 ° C at a rate of 16 ° C / min.

Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach der Temperatures οWhen the oven temperature is one hour after the temperature ο

erhöhung konstant wurde, wurde der Halter bei 9 65 C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde der Halter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen stufenweise bewegt, der bei 600°C gehalten wurde. Danach wurde die Stromzufuhr zu demAs the increase became constant, the holder was at 9 65 C 2.5 Held for hours. Thereafter, the holder was gradually moved to a second heat diffusion furnace, which at 600 ° C was held. After that, the power supply became the

zweiten Diffusionsofen beendet und der Ofen wurde von 600 C 20Second diffusion furnace ended and the furnace was heated to 600 C 20th

auf Raumtemperatur abkühlen gelassen.Nach der Wärmediffusionsbehandlung von Titan wurden die Verfahrensweisen wie in der vierten Ausführungsform in Figur 4 mit folgender Reihenfolge durchgeführt: Ausbildung der kamm-förmigenAllowed to cool to room temperature. After the heat diffusion treatment of titanium, the procedures became as in the fourth embodiment in Fig. 4 with the following Sequence carried out: formation of the comb-shaped

Elektroden und Protonenaustausch. Im Hinblick auf die Prü-25 Electrodes and proton exchange. With regard to the test 25

fung der Eigenschaften des so hergestellten Lichtwellenleiters wurde ein He-Ne-Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm durch ein Rutilprisma in die Wellenleiteroberfläche bezüglich seiner y-Richtung eingeführt, um den Lichtausbreitungsverlust zu bestimmen. Es wurde ein Wertfunction of the properties of the optical waveguide produced in this way was a He-Ne laser beam with a wavelength of 632.8 nm through a rutile prism into the waveguide surface introduced with respect to its y-direction in order to determine the light propagation loss. It became a value

von 0,2 dB/cm erhalten. Der Schwellenwert der optischen Schädigung lag so hoch wie 15mW/mm trotz des Vorhandenseins der Titandiffusionsschicht. Andererseits wurde der Brechungswirkungsgrad mit einem Wert von 70 % bestimmt, der höher liegt als derjenige in den vierten und fünftenof 0.2 dB / cm. The threshold of optical damage was as high as 15mW / mm despite its presence the titanium diffusion layer. On the other hand, the refraction efficiency was determined to be 70%, which is higher than that in the fourth and fifth

Ausführungsformen.Embodiments.

-25- DE 4399-25- DE 4399

Figur 8 zeigt eine schematische Schnittansicht eines optischen Funktionselementes gemäß der siebten erfindungsgemässen Ausführungsform, in dem der elektro-optische EffektFIG. 8 shows a schematic sectional view of an optical functional element according to the seventh according to the invention Embodiment in which the electro-optical effect

verwendet wird. In der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern: 5is used. In the drawing, the reference numbers mean: 5

1 ein Kristallsubstrat aus LiNbO , 2" einen durch Ionenaustausch behandelten Bereich, in dem Protonen in eine mit Titan dotierte Schicht injiziert worden sind, 13 die mit Titan dotierte Schicht, in der Titan wärmediffundiort worden ist, 10 und 11 ein Lichtkopplung-Beugungsgitter für1 a crystal substrate made of LiNbO, 2 ″ an area treated by ion exchange in which protons are converted into a layer doped with titanium have been injected, 13 the layer doped with titanium, in which titanium diffuses heat 10 and 11 a light coupling diffraction grating for

Eingang bzw. Ausgang und 9 einen Laserstrahl. In dieser siebten Ausführungsform wird der Laserstrahl 9 in den Lichtwellenleiter von dem Lichtkopplung-Beugungsgitter 10 eingeführt. Der geleitete Strahl wird durch das Phasengitter, das durch den elektrooptischen Effekt erzeugt wird, beiInput or output and 9 a laser beam. In this seventh embodiment, the laser beam 9 is in the optical waveguide introduced from the light coupling diffraction grating 10. The guided beam is through the phase grating, generated by the electro-optic effect, at

Anlegung einer Spannung an die kamm-förmige Elektrode 24 erzeugt, und von dem Lichtkopplung-Ausgangsgitter 11 nach außen abgegeben. Das in Figur 8 gezeigte Element wird durch folgende Verfahrensstufen hergestellt.Application of a voltage to the comb-shaped electrode 24 is generated, and output from the light coupling output grating 11 to the outside. The element shown in Figure 8 is produced by the following process steps.

++

Ein Oberflächenteil (beispielsweise χ -Fläche) eines LiNbO-Kristalles einer X-Plat.te (mit einer Dicke von 1 mm in x-Richtung und einer Länge von 2,54 cm in den z- und y-Richtungen) wurde auf einen Ebenheitsgrad von wenigen Newtonringen oder darunter poliert, worauf das Substrat durch gewöhnliche Ultraschallreinigung unter Verwendung von Methanol Aceton und Reinwasser gereinigt wurde; anschließend wurde die Oberfläche durch ein Gebläse mit Stickstoffgas getrocknet.A surface part (for example, χ face) of a LiNbO crystal an X-plate (with a thickness of 1 mm in the x-direction and a length of 2.54 cm in the z and y directions) was reduced to a degree of flatness of a few Newton rings or polished underneath, after which the substrate by ordinary ultrasonic cleaning using methanol acetone and pure water has been purified; then the surface was dried by a blower with nitrogen gas.

Danach wurde ein Dünnfilm aus Titan mit einer Dicke vonThereafter, a thin film of titanium with a thickness of

20 nm auf der gewaschenen und getrockneten Oberfläche des Substrates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einer Haltevorrichtung aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und dann in einen thermischen Diffusionsofen eingebracht, der bei 965°C gehalten wurde. Getrocknetes Sauerstoffgas (0?) wurde in den20 nm was formed on the washed and dried surface of the substrate by electron beam deposition. The substrate was then erected on a fused quartz fixture and then placed in a thermal diffusion furnace maintained at 965 ° C. Dried oxygen gas (0 ? ) Was added to the

-26- DE 4399-26- DE 4399

Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 l/min eingeführt. Die Temperatur in dem Ofen wurde von Raumtemperatur auf 9 65°C mit einerDiffusion furnace as a gas atmosphere at a flow velocity introduced at 1 l / min. The temperature in the oven was increased from room temperature to 965 ° C with a

Geschwindigkeit von 16°C/min erhöht- Wenn die Ofentempera-5 Speed increased by 16 ° C / min- When the oven temperature -5

tür eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde die Haltevorrichtung bei 965°C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde die Haltevorrichtung zu dem zweiten Ofen stufenweise bewegt, der bei 60O0C gehalten wurde. DannFor one hour after the temperature increase became constant, the holding device was kept at 965 ° C. for 2.5 hours. Thereafter, the holding device has been moved to the second furnace in stages, which was maintained at 60O 0 C. then

wurde die Stromzufuhr zum zweiten Diffusionsofen unterbro-ο the power supply to the second diffusion furnace was interrupted ο

chen und der Ofen wurde von 600 C auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen, wodurch die Titandiffusionsschicht 13 auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet wurde. Als wärmediffundierbare Metalle können V, Ni, Au, Ag, Co, Nb, Ge usw, verwendet werden.chen and the furnace was allowed to cool from 600 C to room temperature, whereby the titanium diffusion layer 13 was formed on the crystal substrate 1. As heat-diffusible metals, V, Ni, Au, Ag, Co, Nb, Ge etc, be used.

Nach der Titandiffusion wurde das Substrat gereinigt und getrocknet. Danach wurde ein positiver Fotolack auf dem Substrat mit Hilfe einer Schleuderbeschichtungsvorrichtung mit einer Dicke von 1 bis 1,5 pm aufgebracht. Dann wurde 'After the titanium diffusion, the substrate was cleaned and dried. Thereafter, a positive photoresist was applied to the substrate using a spin coater applied with a thickness of 1 to 1.5 μm. Then '

darauf eine Kontaktbelichtung unter Verwendung einer negativen Maske für die kamnv-förmige Elektrode durchgeführt, worauf der belichtete Fotolack in der Weise entwickelt wurde, daß der Bereich der kamm-förmigen Elektrode nicht alleine zurückblieb. Nach dem Waschvorgang wurde das Sub-then a contact exposure using a negative one Mask for the Kamnv-shaped electrode was carried out, after which the exposed photoresist was developed in such a way that that the area of the comb-shaped electrode was not left alone. After the washing process, the sub-

strat getrocknet und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung eingebracht, die auf einen Vakuumdruck von 1,33 χ 10 mbar evakuiert worden war und anschließend wurde Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit einer Filmdicke von 1.500^ abgeschieden. Nach der Dampf-Abscheidung wurde das Substratstrat dried and introduced into a vacuum deposition device, which to a vacuum pressure of 1.33 χ 10 mbar had been evacuated and then aluminum was electron beam deposited to a film thickness of 1,500 ^ deposited. After the vapor deposition, the substrate became

in Aceton einige Minuten lang eingetaucht, um den Aluminiumfilm auf dem Fotolack durch Abheben zu entfernen und um den Bereich allein für die kamm-förmige Elektrode auf dem Substrat zu bilden. In diesem Falle ist die kamm-förmige Elektrode so gestaltet, daß die Elektrodenbreite und der Zwischenraum zwischen den Elektroden mit 2,2 jam und dieimmersed in acetone for a few minutes to lift off the aluminum film on the photoresist and around to form the area solely for the comb-shaped electrode on the substrate. In this case it is comb-shaped Electrode designed so that the electrode width and the gap between the electrodes with 2.2 .mu.m and the

-27- DE 4399-27- DE 4399

Querbreite mit 3,8 ram beträgt und 3 50 Elektrodenpaare verwendet werden. Das Kristallsubstrat, auf dem die kamm-förmige Elektrode 24 gebildet worden war, wurde einem Ionen-Transverse width is 3.8 ram and 3 50 electrode pairs are used will. The crystal substrate on which the comb-shaped electrode 24 had been formed was an ionic

g austauschverfahren unterzogen. 9 8,85 g Benzoesäure (C ,H COOH) und 1,05 g Lithiumbenzoat (C,H COOLi) wurden gleichförmig vermischt und in einen Aluminiumoxidtiegel eingebracht.g subject to exchange procedure. 9 8.85 g benzoic acid (C, H COOH) and 1.05 g of lithium benzoate (C, H COOLi) became uniform mixed and placed in an alumina crucible.

In diesen Tiegel wurde das vorstehend erwähnte Kristall-. Q substrat mit Elektroden angeordnet und dann wurde der Tiegel und das Substrat in einem heißen Ofen bei 250 C eine Stunde lang gehalten. Durch dieses Verfahren wurden Protonen in den Bereich des Kristallsubstrats 1 injiziert, in dem keine kamm-förmige Elektrode 24 gebildet worden war ,p. und der Ionenaustausch-Bereich 2" wurde gebildet.In this crucible, the above-mentioned crystal. Q substrate with electrodes placed and then the crucible and the substrate were placed in a hot oven at 250 C one Held for hour. By this method, protons were injected into the area of the crystal substrate 1, in where no comb-shaped electrode 24 had been formed, p. and the ion exchange region 2 "was formed.

Bei der Bildung dieses Ionenaustausch-Bereiches 2" ist es erwünscht, eine Mischung von Carbonsäure mit einem Dissoziationsgrad im Bereich von 10 bis 10 und eine Substanz zu verwenden, bei der in der CarbonsäuregruppeWhen forming this ion exchange region 2 ″, it is desirable to use a mixture of carboxylic acid with a Degree of dissociation in the range of 10 to 10 and a substance to be used in which in the carboxylic acid group

das Wasserstoffatom durch Lithium ersetzt worden istthe hydrogen atom has been replaced by lithium

(beispielsweise ein Lithiumsalz einer Carbonsäure), etwa eine Mischung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat. Geeignete Beispiele sind Mischungen von Palmitinsäure CH-(CH2),. _.. COOH und Lithiumpalmitat CH0 (CH.) Ί .COOLi; und eine(e.g. a lithium salt of a carboxylic acid) such as a mixture of benzoic acid and lithium benzoate. Suitable examples are mixtures of palmitic acid CH- (CH 2 ) ,. _ .. COOH and lithium palmitate CH 0 (CH.) Ί .COOLi; and a

ZO ο 2. 14ZO ο 2. 14

Mischung von Stearinsäure CH3(CH2KgCOOH und Lithiumstea-Mixture of stearic acid CH 3 (CH 2 KgCOOH and lithium stear-

rat CH0(CH„),,COOLi. In diesem Falle sollte das Lithium i Z Lb rat CH 0 (CH ") ,, COOLi. In this case, the lithium i Z Lb

salz der Carbonsäure in gewünschter Weise in einem JYblanteil von 0,1 % bis 3 %, bezogen auf die Gesamtmischung zugemischt sein. Nach dem Ionenaustauschverfahren wird das Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten des Substrates herausgenommen, mit Ethanol und anschließend mit Aceton gereinigt. Mit diesen Lösungsmitteln werden die auf dem Substrat anhaftenden Kristalle von Benzoesäure und Lithiumbenzoat leicht aufgelöst.salt of the carboxylic acid in the desired manner in a JYbl component from 0.1% to 3%, based on the total mixture. After the ion exchange process, the Substrate removed using a quartz tool to hold the substrate, with ethanol and then cleaned with acetone. With these solvents, the crystals of benzoic acid and Lithium benzoate slightly dissolved.

-28- I)H 4 3 99-28- I) H 4 3 99

Wenn ein elektrisches Potential von 6V an die kamm-förmige Elektrode 24 des elektro-optischen Elementes, das gemäß den vorstehend erwähnten Verfahrensstufen hergestellt wurde,When an electrical potential of 6V to the comb-shaped Electrode 24 of the electro-optical element which was produced according to the above-mentioned process steps,

g zur Beugung des geleiteten Lichtstrahls angelegt wurde, konnte ein Beugungsanteil von 90 % erhalten werden. Selbst wenn in dem optischen Funktionselement der elektro-optische (EO)-Effekt ausgenutzt wird, würde die Ausbildung der Elektroden an einem Bereich, in dem kein Ionenaustauschverfah-g was applied to diffract the guided light beam, a diffraction fraction of 90% could be obtained. Even if the electro-optical element is in the optical functional element (EO) effect is exploited, the formation of the electrodes would be in an area in which no ion exchange process

Q ren durchgeführt worden ist, eine Erniedrigung des elektro-optischen Effektes des Kristalles verhindern und das Element kann daher mit hohem Wirkungsgrad arbeiten. Ein solches elektro-optisches Element kann nicht nur durch das vorstehend beschriebene Verfahren gebildet werden, sondernQ ren has been carried out, a lowering of the electro-optical Prevent the effect of the crystal and the element can therefore work with high efficiency. A such electro-optic element can be formed not only by the method described above, but

r- auch durch die gleichen Verfahrens stufen, wie diejenigen des in den Figuren 4 und 5 gezeigten Elementes.· r- also step through the same process as those of the element shown in Figures 4 and 5. ·

Bei der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform der Erfindung wurde ein Lichtwellenleiter durch Ionenaus-In the seventh embodiment of the invention described above, an optical waveguide was made by ion emission

-. tauschverfahren hergestellt. Ferner kann durch Wärmediffusion von Protonen, die in das Substrat durch das Wärmeaustauschverfahren injiziert worden sind, ein optisches F'unktionselement erhalten werden, das einen höheren Schwellenwert für die optische Schädigung aufweist. Dies wird-. exchange procedure established. Furthermore, by heat diffusion of protons entering the substrate through the heat exchange process have been injected, an optical functional element can be obtained which has a higher threshold value for the optical damage. this will

- im folgenden erläutert.- explained below.

Figur 9 verdeutlicht die achte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Funktionselementes, bei dem das Element ein akusto-optisches (AO) Dünnfilmelement ist. In der Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern: 1 ein Kristallsubstrat aus LiNbO^, 22 einen mit Protonen dotierten Bereich, der durch Wärmediffusion von Titan und Protonen gebildet wurde, 23 einen nicht mit Protonen dotierten Bereich, in dem Titan allein durch Wärme eindiffundiert ist, 4 eine kamm-förmige Elektrode an der Abgabeseite, 5 eine kamm-for-Figure 9 illustrates the eighth embodiment of the invention optical functional element, in which the element is an acousto-optical (AO) thin film element. In In the drawing, the reference numbers mean: 1 a crystal substrate made of LiNbO ^, 22 a region doped with protons, formed by thermal diffusion of titanium and protons 23 a non-proton-doped region in which titanium has diffused in only through heat, 4 a comb-shaped electrode on the delivery side, 5 a comb-shaped

-29- DE 4399-29- DE 4399

mige Elektrode an der Empfangsseite, 6 ein Lichtkupplung-Eingangsprisma, 7 ein Lichtkupplung-Ausgangsprisma, 8 elastische Oberflächenwellen, 9 ein Laserstrahl, 30 einemige electrode on the receiving side, 6 a light coupling input prism, 7 a light coupling output prism, 8 elastic surface waves, 9 a laser beam, 30 a

optische Wellenleiterschicht, die an der Oberfläche dos 5optical waveguide layer that dos 5

Kristallsubstrats 1 gebildet ist. Das Laserlicht 9 wird in die Lichtleiterschicht 10 von dem Lichtkupplung-Prisma 6 eingeführt und durch die elastischen Oberflächenwellen 8 gebeugt, die bei Anlegung einer Hochfrequenzleistung (RF) an die kamm-förmige Elektrode erzeugt werden. Das gebeugte Licht wird durch das Lichtkupplung-Prisma 7 nach außen abgegeben. In dieser achten, erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Wirkungsgrad bei der Erzeugung der elastischen Oberflächenwellen 8 hoch, da die kamm-förmigen Elektroden 4 und 5 auf dem Bereich 23 angeordnet sind, in dem keine Protonen diffundiert sind. Da die Lichtwellenleiterschicht durch Wärmediffusion von Titan und Protonen gebildet wird, liegt der Schwellenwert der optischen Schädigung in charakteristischer Weise hoch, so daß das Element ein ausgezeichnetesCrystal substrate 1 is formed. The laser light 9 is in the light guide layer 10 is introduced from the light coupling prism 6 and through the elastic surface waves 8 which are generated when a high frequency power (RF) is applied to the comb-shaped electrode. The bowed one Light is emitted to the outside through the light coupling prism 7. In this eighth embodiment of the invention the efficiency in generating the elastic surface waves 8 is high because the comb-shaped electrodes 4 and 5 are arranged on the region 23 in which no protons have diffused. As the fiber optic layer is formed by thermal diffusion of titanium and protons, the threshold value for optical damage is more characteristic Way high, so that the item is an excellent one

optisches Funktionselement ist.
20
is an optical functional element.
20th

Im folgenden wird ein Beispiel zur Herstellung des optischen Funktionselementes gemäß der erfindungsgemäßen achten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 1OA bis IOD näher erläutert.The following is an example for the production of the optical functional element according to the eighth of the invention Embodiment explained in more detail with reference to Figures 10A to IOD.

Ein Oberflächenteil (beispielsweise X -Oberfläche) eines LiNbO-j-Kristallsubstrates 1 einer X-Platte (mit einer Dicke von 1 mm in der x-Richtung und einer Länge von 2,54 cm inA surface part (e.g. X -surface) of a LiNbO-j crystal substrate 1 of an X plate (with a thickness of 1 mm in the x-direction and a length of 2.54 cm in

den z- und y-Richtungen) wurde auf einen Ebenheitsgrad von 30the z- and y-directions) was set to a degree of flatness of 30

wenigen Newtonringenzahlen oder darunter poliert, worauf das Substrat durch übliche Ultraschallreinigung unter Verwendung von Methanol, Aceton und Reinwasser gereinigt wurde. Danach wurde die Oberfläche durch ein Gebläse mit polished a few Newton's ring numbers or below, after which the substrate was cleaned by conventional ultrasonic cleaning using methanol, acetone and pure water. After that, the surface was using a blower

Stickstoffgas getrocknet.
35
Nitrogen gas dried.
35

-30- DE 4399-30- DE 4399

Danach wurde ein Titandünnfilm mit einer Dicke von 20 nm auf der so gereinigten und getrockneten Oberfläche des Substrates durch Elektronenstrahlabscheidung ausgebildet. Anschließend wurde das Substrat auf einen Halter aus geschmolzenem Quarz aufgerichtet und danach in einen Wärmediffusionsofen angeordnet, der bei 965 C gehalten wurde. Getrocknetes Sauerstoffgas (O) wurde in den Diffusionsofen als Gasatmosphäre bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 l/min eingeführt. Danach wurde die Temperatur in dem Ofen von Raumtemperatur auf 9 65 C mit einer Geschwindigkeit von 16 C/min erhöht. Wenn die Ofentemperatur eine Stunde nach der Temperaturerhöhung konstant wurde, wurde der Halter bei 965°C 2,5 Stunden lang gehalten. Danach wurde der Halter zu einem zweiten Wärmediffusionsofen stufenweise überführt, der bei 6000C gehalten wurde. Dann wurde die Stromzufuhr zu dem zweiten Diffusionsofen unterbrochen und der Ofen wurde von 6000C auf Raumtemperatur abkühlen gelassen, wodurch eine mit Titan dotierte Schicht 31 auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet wurde, wie in Figur 1OA gezeigt ist. Als wärmediffundierbares Metall können V, Ni, Au, Ag, Co, Nb, Ge usw. verwendet werden.Thereafter, a titanium thin film having a thickness of 20 nm was formed on the thus cleaned and dried surface of the substrate by electron beam deposition. The substrate was then set up on a fused quartz holder and then placed in a heat diffusion furnace maintained at 965.degree. Dried oxygen gas (O) was introduced into the diffusion furnace as a gas atmosphere at a flow rate of 1 liter / min. Thereafter, the temperature in the oven was increased from room temperature to 965 C at a rate of 16 C / min. When the furnace temperature became constant one hour after the temperature rise, the holder was kept at 965 ° C for 2.5 hours. Thereafter, the holder to a second heat diffusion furnace was gradually transferred, which was maintained at 600 0 C. Then the power supply to the second diffusion furnace was interrupted and the furnace was allowed to cool from 600 ° C. to room temperature, whereby a titanium-doped layer 31 was formed on the crystal substrate 1, as shown in FIG. 10A. As the heat diffusible metal, V, Ni, Au, Ag, Co, Nb, Ge, etc. can be used.

Danach wurde eine lmm-starke Aluminiumplatte in einer Form, die demjenigen Bereich entspricht, der einer Protonenaustauschbehandlung unterzogen werden soll, auf dem vorstehend erwähnten Kristallsubstrat angeordnet, auf dem Chrom und anschließend Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit Dicken von 5,0 nm bzw. 145 nm abgeschieden wurden. Mit QQ diesen Dünnfilmen aus Chrom-Aluminium wurde eine Maskierung 33 auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet, wie es in Figur 1OB gezeigt ist. Dann wurde das Ionenaustauschverfahren mit diesem Kristallsubstrat durchgeführt, auf dem die Maskierung 33 ausgebildet worden war. Hierzu wurden 98,85 g Benzoesaure (C6H5COOH) und 1,05 g Lithiumbenzoat (CgH5COOLi)Thereafter, a 1 mm thick aluminum plate in a shape corresponding to the area to be subjected to proton exchange treatment was placed on the above-mentioned crystal substrate, on which chromium and then aluminum were deposited by electron beam deposition to thicknesses of 5.0 nm and 145 nm, respectively became. With QQ these chrome-aluminum thin films, a mask 33 was formed on the crystal substrate 1 as shown in Fig. 10B. Then, the ion exchange process was performed on this crystal substrate on which the mask 33 was formed. For this purpose, 98.85 g of benzoic acid (C 6 H 5 COOH) and 1.05 g of lithium benzoate (CgH 5 COOLi)

-31- DE 4399-31- DE 4399

gleichförmig vermischt und in einen Aluminiumoxidtiegel eingebracht. In diesen Tiegel wurde das vorstehend erwähnte Kristallsubstrat mit der Maskierung angeordnet und anschließend wurde der Tiegel und das Substrat in einem heißen Ofen bei 25O°C eine Stunde lang gehalten. Durch dieses Verfahren wurden Protonen in den Bereich des Kristallsubstrates injiziert, wo keine Maskierung 33 erfolgt war und auf diese Weise wurde der mit Ionen ausgetauschte Bereich 3 2 gebildet. Bei der Ausbildung dieses mit Ionen-ausgetausch-mixed uniformly and placed in an alumina crucible. In this crucible, the above-mentioned crystal substrate with the mask was placed and then the crucible and substrate were kept in a hot oven at 250 ° C for one hour. Through this procedure protons were injected into the area of the crystal substrate where there was no masking 33 and on thus, the ion exchanged region 3 2 was formed. In the formation of this with ion exchange

ten Bereiches 32 ist es bevorzugt, eine Mischung von Carbonsäure mit einem Dissoziationsgrad von 10 bis 10 und einem Material zu verwenden, bei dem das Wasserstoffatom in der Carbonsäure durch Lithium substituiert worden ist (beispielsweise ein Lithiumsalz der Carbonsäure) etwa eine Mi-th region 32, it is preferred to use a mixture of carboxylic acid with a degree of dissociation of 10 to 10 and a material in which the hydrogen atom in the carboxylic acid has been substituted by lithium (for example a lithium salt of the carboxylic acid) about a mi

schung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat. Beispiele für eine solche Mischung sind in der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform aufgeführt. Nach dem Ionenaustauschverfahren wurde das Substrat unter Verwendung eines Quarzwerkzeuges zum Halten des Substrates herausgenommen undquenching of benzoic acid and lithium benzoate. Examples of such a mixture are in that described above seventh embodiment listed. After the ion exchange process, the substrate was washed using a quartz tool to hold the substrate taken out and

mit Ethanol und anschließend mit Aceton gereinigt. Mit diesen Lösungsmitteln können die auf dem Substrat anhaftenden Kristalle von Benzoesäure und Lithiumbenzoat leicht aufgelöst werden. Nach dem Waschvorgang wurde die Maskierung 33, die aus den Schutz-Dünnfilmen von Chrom und Aluminium für das Ionenaustauschverfahren aufgebaut wurden, mit einer Ätzlösung entfernt.cleaned with ethanol and then with acetone. With these solvents, the adhering to the substrate can Crystals of benzoic acid and lithium benzoate are easily dissolved. After the washing process, the masking was done 33, which were built up from the protective thin films of chromium and aluminum for the ion exchange process, with a Etching solution removed.

Anschließend wurde das vorstehend erwähnte Substrat in einen 30Subsequently, the above-mentioned substrate was put into a 30th

heißen Ofen angeordnet und einer Glühbehandlung bei 3 5O°C 2 Stunden lang in einer Wasserdampf-enthaltenden, feuchten Sauerstoffatmosphäre unterzogen, die erzeugt wurde, indem man Sauerstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 l/min durch erhitztes Wasser zuführt, das in den heißen Ofen geleitet wurde. Als Ergebnis wurden Protonen durch das Ionenaustauschverfahren in das Substrat durch Wärme-hot furnace and an annealing treatment at 35O ° C For 2 hours in a water vapor-containing, humid oxygen atmosphere generated by oxygen is supplied at a flow rate of 0.5 l / min through heated water that is in the hot Furnace was passed. As a result, by the ion exchange process, protons were introduced into the substrate by heat

-32- DE 4399-32- DE 4399

diffusion injiziert, wodurch auf dem Kristallsubstrat 1 ein mit Protonen dotierter Bereich, in dem Titan und Protonen durch Wärme diffundiert worden sind und der nicht mit Pro-diffusion injected, creating a proton-doped area on the crystal substrate 1 in which titanium and protons have been diffused by heat and which are not

_ tonen dotierte Bereich 23 gebildet wurden, in denen Titan 5Clay-doped regions 23 were formed in which titanium 5

alleine durch Wärme eindiffundiert worden ist.has been diffused in by heat alone.

Nach dem Glühvorgang wurde das Infrarot-Absorptionsspektrum des Substrates gemessen. Das Ergebnis ergab, daß der Lichtabsorptionsgrad in der Nähe von 3.500 cm wegen der OH-Gruppe 0,4 betrug, was nicht sehr viel verschieden von dem Wert von 0,3 8 vor der Glühbehandlung war. Andererseits betrug der Unterschied zwischen der Ausbreitungskonstante bei der TE-Schwingungsart (im Falle der X-Kristallplatte war die Ausbreitungsrichtung in y-Richtung, während im -"■After the annealing process, the infrared absorption spectrum of the substrate was measured. The result showed that the Light absorbance in the vicinity of 3,500 cm because of OH group was 0.4, which is not very different from was the value of 0.3 8 before the annealing treatment. On the other hand, the difference between the propagation constant was with the TE mode of vibration (in the case of the X-crystal plate was the direction of propagation in y-direction, while im - "■

Falle der Y-Kristallplatte die Ausbreitungsrichtung inFall of the Y-crystal plate in the direction of propagation

x-Richtung lag) und dem Brechungsindex des Substrats 0,11 vor der Glühbehandlung, welcher auf 0,06 nach der Glühbehandlung herabgesetzt wurde. Die Kombination der Ergebnisse der Lichtabsorption durch die OH-Gruppe und der 20x-direction) and the refractive index of the substrate 0.11 before the annealing treatment, which is 0.06 after the Annealing treatment has been reduced. The combination of the results of light absorption by the OH group and the 20th

Ausbreitungskonstanten, wie sie vorstehend beschrieben ist, wurde dadurch bestätigt,- daß die Gesamtmenge an Protonen in dem Kristall sich durch den Glühvorgang nicht sehr viel änderte und Protonen in das Innere des Kristalls eindiffundiert wurden.
25
Propagation constants as described above were confirmed by the fact that the total amount of protons in the crystal did not change much by the annealing process and protons were diffused into the interior of the crystal.
25th

Nach der Glühstufe wurde die kamm-förmige Elektrode 4 mit einer Hauptfrequenz von 400 MHz auf dennicht mit Protonen dotierten Bereich 23 des Substrates mit Hilfe eines üblichen Fotolithografieverfahrens gebildet, wie es in FigurAfter the annealing stage, the comb-shaped electrode 4 was with a main frequency of 400 MHz on the non-proton-doped area 23 of the substrate with the aid of a conventional Photolithography process formed as it is in figure

IOD gezeigt ist.IOP is shown.

Wenn eine Hochfrequenzleistung von 400 MHz an die kamm-förmige Elektrode 4 des so hergestellten optischen Dünnfilm-Elementes gemäß der Erfindung angelegt wurde und Licht mit 35When a high frequency power of 400 MHz to the comb-shaped Electrode 4 of the optical thin film element thus produced according to the invention was applied and light with 35

-33- DE 4399-33- DE 4399

einer Wellenlänge von 6 3 2,8 nm in das Element geleitet wurde, um den Beugungswirkungsgrad dieses eingeleiteten Lichtes zu testen, lag der Beugungswirkungsgrad bei 80 %,at a wavelength of 6 3 2.8 nm was introduced into the element in order to reduce the diffraction efficiency of this To test light, the diffraction efficiency was 80%,

wenn die Hochfrequenzleistung 600 mW betrug. 5when the high frequency power was 600 mW. 5

Andererseits war der Einfügungsverlust der elastischen Oberflächenwellen, der durch die kamm-förmige Elektrode 5 an der Empfangsseite gemessen wurde, 15 dB im Falle der vorliegenden achten Ausführungsform. Dieser Wert liegt beträchtlich niedriger als der Wert von 40 dB im Falle der kamm-förmigen Elektrode, die an dem Bereich gebildet ist, in denProtonen eindiffundiert sind.On the other hand, the insertion loss was elastic Surface waves generated by the comb-shaped electrode 5 measured at the receiving side, 15 dB in the case of the present eighth embodiment. This value is considerable lower than the value of 40 dB in the case of the comb-shaped electrode formed on the area have diffused into the protons.

Ferner erfolgte eine Messung des Schwellenwertes der optischenA measurement of the threshold value of the optical

Schädigung an beiden optischen Funktionselementen gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform und der bekannten Ausführungsform, die einen Titan-dotierte LiNbO3-Lichtwellenleiter aufwies·. Der für die Messung verwendete Laserstrahl war ein He-Ne-Laser mit einer Wellenlänge von 632,8Damage to both optical functional elements according to this embodiment according to the invention and the known embodiment which had a titanium-doped LiNbO 3 optical waveguide. The laser beam used for the measurement was a He-Ne laser with a wavelength of 632.8

nm. Im Falle des herkömmlichen optischen Funktionselementes erfolgte eine optische Schädigung, wenn die Leistung des eingegebenen Lichtes einen Wert von 0,1 mW/mm und darüber erreichte. Im Gegensatz hierzu zeigte das erfindungsgemäße optische Funktionselement keine optische Schädigung, bis die Leistung des abgegebenen Lichtes einen Wert von 1,7 mW/ mm erreichte.nm. In the case of the conventional optical functional element, optical damage occurred when the performance of the entered light reached a value of 0.1 mW / mm and above. In contrast, showed the invention optical functional element no optical damage until the power of the emitted light has a value of 1.7 mW / mm reached.

Figur 11 ist eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen optischen Funktionselementes gemäß der neunten Ausführungsform, wobei der in Figur 9 gezeigte Aufbau für ein Lichtablenkgerät unter Ausnutzung des elektro-optischen Effektes angewandt wird. In dor Zeichnung bedeuten die Bezugsziffern: 1 ein Kristallsubstrat aus LiNbO-,, 22 ein mit Protonen diffundierter Bereich, in dem Titan und Protonen durch Wärme eindiffundiert sind, 23 ein Bereich, in demFIG. 11 is a perspective view of an optical functional element according to the invention according to the ninth Embodiment, wherein the structure shown in Figure 9 for a light deflection device using the electro-optical effect is applied. In the drawing, the reference numbers mean: 1 a crystal substrate made of LiNbO- ,, 22 a with Proton diffused area in which titanium and protons are diffused in by heat, 23 an area in which

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keine Protonen eindiffundiert sind, in dem also Titan alloine durch Wärme eindiffundiert ist, 24 eine kamm-förmige Elektrode für den elektro-optischen Effekt, 10 und 11 ein j- Lichtkopplung-Beugungsgitter für Eingang bzw. Ausgang, 9 ein Laserstrahl und 30 eine Lichtwellenleiterschicht, die auf dem Kristallsubstrat 1 gebildet ist. In dieser neunten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Abschnitt 23, in dem keine Protonen eindiffundiert sind,nur in der Nähe der kamm-förmigen Elektrode ausgebildet. Der Laserstrahl 9 wird in die Lichtleiterschicht 30 von dem Lichtkopplung-Beugungsgitter 10 geleitet. Dieser geleitete Strahl wird durch ein Phasengitter, das durch den elektro-optischen Effekt bei Anlegung einer Spannung an die kamm-förmigeno protons have diffused in, i.e. in which titanium is alloine diffused in by heat, 24 a comb-shaped Electrode for the electro-optical effect, 10 and 11 a j-light coupling diffraction grating for input and output, respectively, 9 a laser beam; and an optical waveguide layer formed on the crystal substrate 1. In this ninth Embodiment according to the invention, the section 23 in which no protons have diffused only becomes nearby the comb-shaped electrode is formed. The laser beam 9 is guided into the light guide layer 30 from the light coupling diffraction grating 10. This directed ray becomes by a phase grating, which is created by the electro-optical effect when a voltage is applied to the comb-shaped

, t Elektrode 24 erzeugt wird, gebeugt und dann von dem Licht-5 , t electrode 24 is generated, and then diffracted by the light-5

kopplung-Beugungsgitter 11 nach außen abgegeben.coupling diffraction grating 11 released to the outside.

Im folgenden ist ein beispielhaftes Herstellungsverfahren des optischen Funktionselementes dieser neunten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Figuren 12A bis 12C näher beschrieben.The following is an exemplary manufacturing process of the optical functional element of this ninth embodiment with reference to FIGS. 12A to 12C described.

Zunächst wurde eine mit Titan diffundierte Schicht 31 auf dem Kristallsubstrat 1 aus LiNbO., ausgebildet, wie es inFirst, a titanium diffused layer 31 was formed on the crystal substrate 1 made of LiNbO., As shown in FIG

Figur 12A in der gleichen Weise wie in der achten Ausfüh-25 Figure 12A in the same manner as in the eighth embodiment

rungsform gezeigt ist.is shown.

Nach der Titandiffusion wurde das Substrat anschließend gereinigt und getrocknet und dann wurde ein positiver Fotolack mit einer Dicke von 1 bis 1,5 um mit Hilfe einer r After the titanium diffusion, the substrate was then cleaned and dried, and then a positive photoresist with a thickness of 1 to 1.5 µm was applied using a r

Schleuderauftragsvorrichtung darauf aufgebracht. Dann wurde eine Kontaktbelichtung unter Verwendung einer negativen Maske für die kamm-förmige Elektrode durchgeführt und der i.o erhaltene Photolack in der Weise entwickelt, daß nichtCentrifugal applicator applied to it. Then became carried out a contact exposure using a negative mask for the comb-shaped electrode and the i.o obtained photoresist developed in such a way that not

nur die kamm-förmige Elektrode darin zurückblieb. Nach dem 35only the comb-shaped electrode remained in it. After age 35

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Waschen wurde das Substrat getrockent und in eine Vakuumabscheidungsvorrichtung eingebracht, die auf einen Vakuumdruck von 1,3 3 χ 10"" mbar evakuiert war. Anschließend wurde Aluminium durch Elektronenstrahlabscheidung mit einer Filmdicke von 150 nm abgeschieden. Nach der Vakuumabscheidung wurde das Substrat einige Minuten lang in Aceton eingetaucht, um den Aluminiumfilm auf dem Fotolack durch Ab- . heben zu entfernen und um alleine den Bereich 24 für HQ die kamm-förmige Elektrode auf dem Substrat auszubilden. In diesem Falle ist die kamm-förmige Elektrode so gestaltet, daß die Elektrodenbreite und der Zwischenraum zwischen den Elektroden bei 2,2 yam liegt, sie einen Querabstand von 3,8 mm hat und eine Anzahl von 350 Elektrodenpaare umfaßt.Washing, the substrate was dried and placed in a vacuum deposition apparatus introduced, which was evacuated to a vacuum pressure of 1.3 3 χ 10 "" mbar. Subsequently was Aluminum by electron beam deposition with a Deposited film thickness of 150 nm. After vacuum deposition, the substrate was immersed in acetone for a few minutes, to remove the aluminum film on the photoresist. lift to remove and around the area 24 for alone HQ to form the comb-shaped electrode on the substrate. In this case, the comb-shaped electrode is designed so that the electrode width and the space between The electrodes are 2.2 yam, they are spaced apart by 3.8 mm and comprising 350 pairs of electrodes.

Das Kristallsubstrat ,auf dem die kamm-förmige Elektrode 24 gebildet worden war, wurde einem Protonenaustauschverfahren unterzogen. In diesem Falle wurde das Substrat in einer Mischung von Benzoesäure und Lithiumbenzoat durch die gleichen Verfahrensstufen wie in der achten Ausführungsform wärmebehandelt, wodurch Protonen in den Bereich injiziert wurden, auf dem keine Elektrode gebildet worden war, wie in Figur 12B gezeigt ist und auf diese Weise wurde eine durch Ionenaustausch gebildete Schicht 3 2 erhalten. AuchThe crystal substrate on which the comb-shaped electrode 24 was formed was a proton exchange process subjected. In this case, the substrate was in a mixture of benzoic acid and lithium benzoate by the same Process steps as in the eighth embodiment heat-treated, whereby protons are injected into the area on which no electrode was formed, as shown in Fig. 12B, and thus became Layer 3 2 formed by ion exchange is obtained. Even

„p. in dieser Ausführungsform können verschiedene Materialien selektiv für das Ionenaustauschverfahren wie in der achten Ausführungsform verwendet werden."P. Various materials can be used in this embodiment can be selectively used for the ion exchange process as in the eighth embodiment.

Anschließend wurde das vorstehend erwähnte Substrat in einen heißen Ofen angeordnet und einer zweistündigen Glühbehandlung bei 350 C in einer feuchte, Wasserdampf-enthaltenden Sauerstoffatmosphäre unterzogen, die dadurch erzeugt wurde, daß man Sauerstoff bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 0,5 l/min durch erhitztes Wasser zuführt, das in den heißenThen, the above-mentioned substrate was placed in a hot furnace and subjected to annealing treatment for two hours subjected to at 350 C in a moist, water vapor-containing oxygen atmosphere, which was thereby generated, that oxygen is supplied at a flow rate of 0.5 l / min through heated water that is in the hot

Ofen eingeleitet wurde. Als Ergebnis wurden Protonen in obFurnace has been initiated. As a result, protons were in ob

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einen Bereich des Substrates durch Wärme' eindiffundiert,an area of the substrate diffused through heat,

auf dem keine kamm-förmige Elektrode gebildet worden war, wodurch auf dem Kristallsubstrat 1 der mit Protonen dotierg te Bereich 22, in dem Titan und Protonen eindiffundiert worden waren und der nicht mit Protonen dotierte Bereich 2 3 gebildet wurde, in dem Titan alleine durch Wärme eindiffundiert worden war. Im Verlaufe dieser Glühbehandlung erfolgte kein Oxidationsproblem, da die kamm-förmige ElekjQ trode 24 aus Gold hergestellt wurde. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Herstellungsverfahren vereinfacht, da die Elektrode als Maske für die Protoneninjektion dient.on which no comb-shaped electrode was formed, whereby on the crystal substrate 1 the proton-doped region 22, in which titanium and protons diffuse and the non-proton-doped region 2 3 was formed in which titanium diffused by heat alone had been. In the course of this annealing treatment, there was no oxidation problem because the comb-shaped ElekjQ trode 24 was made of gold. According to the present embodiment, the manufacturing process is simplified, because the electrode acts as a mask for proton injection.

Nach der Glühbehandlung wurde eine Spannung'von 6V an die , e kamm-förmige Elektrode des so hergestellten elektro-optischen Elementes angelegt, um die eingeleitete Welle zu beugen. Es wurde ein Brechungswirkungsgrad von 90 % erhalten. After the annealing treatment, a voltage of 6V was applied to the , e comb-shaped electrode of the electro-optical thus produced Element created to bend the introduced wave. A refraction efficiency of 90% was obtained.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen begrenzt.sondern sie ist verschiedenartig anwendbar. In den vorstehenden Ausführungsformen wurde beispielsweise LiNbO_-Kristall als Substrat verwendet, jedoch ist es auch möglich, das erp. findungsgemäße optische Funktionselement nach genau dem gleichen Herstellungsverfahren wie vorstehend erwähnt zu bilden, wenn Lithiumtantalat (LiTaO ) als Kristallsubstrat verwendet wird. Es ist auch möglich, daß ein Lichtmodulationsgerät in der gleichen Weise wie in den vorstehendenThe present invention is not limited to those described above different embodiments limited, but it can be used in various ways. In the above embodiments For example, LiNbO_ crystal was used as a substrate, but it is also possible to use the erp. inventive optical functional element according to exactly that same manufacturing process as mentioned above when lithium tantalate (LiTaO) is used as the crystal substrate. It is also possible that a light modulation device in the same way as in the preceding

Ausführungsformen aufgebaut sein kann. Ferner können die 30Embodiments can be constructed. Furthermore, the 30th

Lichtmodulation und die Lichtablenkung auch nicht nur durch den vorstehend erwähnten akustisch-optischen Effekt oder elektro-optischen Effekt sondern auch durch Beugung von magnetostatischen Oberflächenwellen bewirkt werden, dieLight modulation and the deflection of light also not only through the acousto-optical effect mentioned above or electro-optical effect but also by diffraction of magnetostatic surface waves, which

durch den magneto-optischen Effekt oder durch den thermo-35 through the magneto-optical effect or through the thermo-35

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optischen Effekt erzeugt werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren mit verschiedenen Variationen möglich. Falls beispielsweise das Material ein solches ist,optical effect can be generated. Furthermore, the manufacturing method according to the invention has various variations possible. For example, if the material is one,

das während des Erhitzungsvorgangs bei den Herstellungs-5 that during the heating process in manufacturing 5

stufen der vorstehend erwähnten achten Ausführungsform sich selbst nicht verändert, kann die kamm-förmige Elektrode vor dem Erhitzungsverfahren gebildet werden. Das erfindungsgemäße optische Funktionselement kann zweckmäßigerweise für verschiedene Geräte und Anwendungen, etwa als Fotoabtastgerät, als Spektralanalysator, Korrelator usw. eingesetzt werden.stages of the aforementioned eighth embodiment not changed by itself, the comb-shaped electrode can be formed before the heating process. The inventive optical functional element can expediently for various devices and applications, for example as a photo scanner, can be used as a spectrum analyzer, correlator, etc.

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Claims (1)

PatentansprücheClaims 1. Optisches Funktionselement mit1. Optical functional element with b) einem Lichtwellenleiter, der durch Ionenaustausch an der Oberfläche des Substrats, ausgenommen einem Bereich desselben/gebildet wird undb) an optical waveguide, which is other than by ion exchange on the surface of the substrate thereof a range / formed and c) einer Einrichtung zum Herbeiführen einer Modulation oder Ablenkung des in dem Lichtwellenleiter sich ausbreitenden Lichtes, wobei die Einrichtung an einem Bereich auf der Oberfläche des Substrates vorgesehen ist, in dem kein Ionenaustausch durchgeführt worden ist und die die Funktion hat, den Brechungsindex des Lichtwellenleiters durch äußere Einwirkung zu verändern.c) a device for bringing about a modulation or deflection of the propagating in the optical waveguide Light, the device being provided at an area on the surface of the substrate in which no Ion exchange has been carried out and which has the function of increasing the refractive index of the optical waveguide by external Change impact. 2. Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumnioba tkristall oder Lithiumtantalatkristall hergestellt ist.2. Functional element according to claim 1, characterized in that the substrate made of Lithiumnioba tkristall or lithium tantalate crystal is made. 3. Funktionselement nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrates einer Diffusionsbehandlung mit Titan unterzogen worden ist.3. Functional element according to claim 2, characterized in that the entire surface of the substrate is a Has been subjected to diffusion treatment with titanium. 4. Funktionselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrats äußerlich4. Functional element according to claim 2, characterized in that that the entire surface of the substrate is external /2 5/ 2 5 r Il.ml <Kb m Iur Il.ml <Kb m Iu t iiM.,( Ii. . K (Mick IH'l'l M,- ti Ό-*."* » t iiM., ( Ii.. K (Mick IH'l'l M, - ti Ό - *. "*» -2- I)K 43 99-2- I) K 43 99 mit Lithiumoxid (Li7O) dotiert ist.is doped with lithium oxide (Li 7 O). 5. Funktionselement nach Anspruch 1, dadurch gekonnte zeichnet, daß die Einrichtung kammförmige Elektroden umfaßt, die elastische Oberflächenwellen an der Oberfläche des Substrats für den aktustisch-optischen Effekt erzeugen.5. Functional element according to claim 1, characterized in that the device comprises comb-shaped electrodes, which generate elastic surface waves on the surface of the substrate for the acoustic-optical effect. 6. Funktionselement nach Anspruch 1,:. dadurch gekenn-.Q zeichnet, daß die Einrichtung kammförmige Elektroden umfaßt, die eine periodische Brechungsindexverteilung an dem Substrat durch den elektro-optischen Effekt erzeugen.6. Functional element according to claim 1,:. thus identified-.Q indicates that the device comprises comb-shaped electrodes having a periodic refractive index distribution on the Generate substrate through the electro-optical effect. 7. Optisches Funktionselement mit7. Optical functional element with 1(- a) einem Substrat, dessen gesamte Oberfläche einer Diffusionsbehandlung mit Metall unterzogen worden ist; 1 ( - a) a substrate the entire surface of which has been subjected to metal diffusion treatment; b) einem Lichtwellenleiter, der durch Diffusion von Protonen an der Oberfläche des Substrats mit dem darauf dotiertem Metall außer einem Bereich desselben.gebildet ist undb) an optical waveguide, which by diffusion of protons on the surface of the substrate with the doped thereon Metal except for an area of the same. Is formed and c) einer Einrichtung zum Herbeiführen einer Modulation oder Ablenkung von in dem Lichtwellenleiter sich ausbreitendem Licht, wobei die Einrichtung an einem Bereich auf der Oberfläche des Substrats vorgesehen worden ist, in dem keine Protonen eindiffundiert worden sind und die die Funktion hat, den Brechungsindex des Lichtwellenleiters durch äußere Einwirkungen zu ändern.c) a device for bringing about a modulation or deflection of propagating in the optical waveguide Light, the means having been provided at an area on the surface of the substrate where none Protons have been diffused in and which has the function of increasing the refractive index of the optical waveguide through external To change influences. 8. Funktionselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Lithiumniobatkristall oder8. Functional element according to claim 7, characterized in that the substrate made of lithium niobate crystal or Lithiumtantalatkristall hergestellt ist. 30Lithium tantalate crystal is made. 30th 9. Funktionselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall Titan ist.9. Functional element according to claim 8, characterized in that the metal is titanium. 10. Funktionselement nach Anspruch 7, dadurch gekenn-10. Functional element according to claim 7, characterized zeichnet, daß die Einrichtung kammförmige Elektroden umfaßt,indicates that the device comprises comb-shaped electrodes, -3- DE 4399-3- DE 4399 die elastische Oberflächenwellen an der Oberfläche des Substrats für den akustisch-optischen Effekt erzeugen.which generate elastic surface waves on the surface of the substrate for the acoustic-optical effect. 11. Funktionselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung kammförmige Elektroden umfaßt, die eine periodische Brechungsindexverteilung an dem Substrat durch den elektro-optischen Effekt erzeugen.11. Functional element according to claim 7, characterized in that that the device comprises comb-shaped electrodes, which generate a periodic refractive index distribution on the substrate through the electro-optical effect. ,Q 12. Verfahren zur Herstellung eines optischen Funktionselements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man, Q 12. Method for producing an optical functional element according to one of the preceding claims, characterized in that one a) eine Maske auf einem Bereich der Oberfläche des Substrats ausbildet, das entweder aus Lithiumniobatkristalla) a mask on an area of the surface of the substrate forms that either from lithium niobate crystal -5 oder Lithiumtantalatkristall hergestellt wird,- 5 or lithium tantalate crystal is produced, b) ein Ionenaustauschverfahren an der Oberfläche des Substrats mit der darauf gebildeten Maske durchführt, um Protonen in das Substrat in einem Bereich zu injizieren, bei dem keine Maske gebildet worden ist undb) an ion exchange process on the surface of the Performs substrate with the mask formed thereon to To inject protons into the substrate in an area where no mask has been formed and c) Elektroden auf dem Bereich ausbildet, der mit derc) electrodes on the area formed with the Maske bedeckt ist.Mask is covered. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die gesamte Oberfläche des Substrats vor der Bildung der Maske einer thermischen Diffusionsbehandlung13. The method according to claim 12, characterized in that that further a thermal diffusion treatment is applied to the entire surface of the substrate prior to the formation of the mask mit einem Metall unterzogen wird.is subjected to a metal. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mit Protonen dotierte Substrat weiterhin einer thermischen Diffusionsbehandlung unterzogen wird.14. The method according to claim 13, characterized in that the substrate doped with protons further one thermal diffusion treatment is subjected. 15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrats vor der Bildung der Maske einer äußeren Diffusionsbehandlung mit Lithiumoxid (Li9O) unterzogen wird. 15. The method according to claim 12, characterized in that the entire surface of the substrate is subjected to an external diffusion treatment with lithium oxide (Li 9 O) before the formation of the mask. -4- DK 4399-4- DK 4399 10. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauschvorgang durchgeführt wird, indem man das Substrat bei niedriger Temperatur einer Wärmebehandlung10. The method according to claim 12, characterized in that the ion exchange process is carried out by the substrate at a low temperature of a heat treatment g in einer Mischung einer Carbonsäure mit einem Dissoziationsgrad im Bereich von 10" bis 10 und einem Lithiumsalz der Carbonsäure unterzieht.g in a mixture of a carboxylic acid with a degree of dissociation in the range from 10 "to 10 and a lithium salt the carboxylic acid undergoes. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, ,Q daß das Lithiumsalz der Carbonsäure in einem Molverhältnis von 0,1 S bis 3 I, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung zugemischt wird.17. The method according to claim 16, characterized in that , Q that the lithium salt of the carboxylic acid in a molar ratio from 0.1 S to 3 I, based on the total amount of the mixture is added. 18. Verfahren zur Herstellung eines optischen Funktions-1(-elementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man18. A method for producing an optical functional 1 ( element according to one of the preceding claims, characterized in that one • a) Elektroden auf einem Bereich der Oberfläche des Substrats ausbildet, das entweder aus Lithiumniobat oder Lithiumtantalat hergestellt wird und• a) Electrodes on an area of the surface of the substrate that forms either from lithium niobate or lithium tantalate is made and b) einen Ionenaustauschprozess an der Oberfläche des Substrats mit den darauf gebildeten Elektroden durchführt, um Protonen in das Substrat in einen Bereich zu injizieren, der nicht mit den Elektroden bedeckt ist.b) performing an ion exchange process on the surface of the substrate with the electrodes formed thereon, to inject protons into the substrate in an area not covered with the electrodes. o_ 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Oberfläche des Substrats vor der Bildung der Elektroden einer thermischen Diffusionsbehandlung mit einem Metall unterzogen wurde. o _ 19. The method according to claim 18, characterized in that the entire surface of the substrate has been subjected to a thermal diffusion treatment with a metal prior to the formation of the electrodes. 20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, 3020. The method according to claim 19, characterized in 30 daß weiterhin das mit Protonen dotierte Substrat einer thermischen Diffusionsbehandlung unterzogen wird.that further the substrate doped with protons is subjected to a thermal diffusion treatment. 21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin die gesamte Oberfläche des Substrats vor der Bildung der Elektroden einer äußeren Diffusionsbehandlung21. The method according to claim 18, characterized in that further the entire surface of the substrate before Formation of the electrodes of an external diffusion treatment -5- DE 4399-5- DE 4399 mit Lithiumoxid (Li9O) unterzogen wird.with lithium oxide (Li 9 O) is subjected. 22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenaustauschvorgang durchgeführt wird, indem man das Substrat bei einer niedrigen Temperatur in einer Mi-22. The method according to claim 18, characterized in that the ion exchange process is carried out by the substrate at a low temperature in a mi schung einer Carbonsäure mit einem Dissoziationsgrad im Bereich von 10~ bis 10 und einem Lit säure einer Wärmebehandlung unterzieht.Schung a carboxylic acid with a degree of dissociation in the range from 10 ~ to 10 and a lit. acid is subjected to heat treatment. 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,23. The method according to claim 22, characterized in that daß das Lithiumsalz der Carbonsäure in einem Molanteil von 0,1 bis 3 %, bezogen auf die Gesamtmenge der Mischung,, zugemischt ist.that the lithium salt of the carboxylic acid is mixed in in a molar proportion of 0.1 to 3 %, based on the total amount of the mixture.
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